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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Hochdruckkanalanordnung
in einem Körper.
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Aus
der
WO 2004/004973
A1 ist ein Verfahren zum hydroerosiven Verrunden einer
Kante eines hochdruckfesten Bauteils bekannt, insbesondere einer
Kante einer Verschneidungskurve eines ersten Fluidkanals mit einem
zweiten Fluidkanal, wobei der erste und der zweite Fluidkanal in
einem Körper des hochdruckfesten Bauteils angeordnet sind.
Eine mit Schleifkörpern versetzte Flüssigkeit
wird entlang der zu verrundenden Kante geleitet, wobei die eingesetzte
Flüssigkeit eine hochviskose Flüssigkeit ist.
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Die
DE 199 11 381 A1 offenbart
ein Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken
aus Stahl, insbesondere zur Feinentgratung und/oder Glättung
von Flächen und Kanten. Hierzu kommt ein chemisches und
ohne Zufuhr von elektrischer Energie wirksames wässriges
Wirkmedium im Tauchverfahren zur Anwendung. Das Verfahren umfasst Schritte
zur Vorbehandlung, zum Entgraten, Polieren und zur Nachbehandlung,
und ist geeignet, beispielsweise Bauteile mit Kreuzbohrungen zu
entgraten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine hochdruckfeste
Kanalanordnung in einem Körper zu schaffen.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Ausbilden einer
Hochdruckkanalanordnung in einem Körper, mit den Schritten
Bereitstellen des Körpers, der einen ersten Fluidkanal
mit einer ersten Kanaleintrittsöffnung und einer zweiten Kanaleintrittsöffnung,
und einen zweiten Fluidkanal aufweist, wobei der erste Fluidkanal
und der zweite Fluidkanal einen gemeinsamen Verschneidungsbereich
mit Verschneidungskanten aufweist, wobei der Verschneidungsbereich
hydrau lisch zwischen der ersten Kanaleintrittsöffnung und
der zweiten Kanaleintrittsöffnung angeordnet ist, Einbringen
eines Formkörpers in den ersten Fluidkanal des Körpers, wobei
der Formkörper ausgebildet ist zum Passieren des ersten
Fluidkanals und zum hydraulischen Blockieren des zweiten Fluidkanals,
Einbringen eines Fluids in den ersten Fluidkanal, Aufbringen eines
ersten Drucks auf das Fluid über die erste Kanaleintrittsöffnung
und eines zweiten Drucks auf das Fluid über die zweite
Kanaleintrittsöffnung derart, dass der Formkörper
in den Verschneidungsbereich gelangt und der Formkörper
die Verschneidungskanten verformt, und Herausnehmen des Formkörpers
aus dem Körper.
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Bei
hochdruckbeanspruchten Kanalanordnungen, bei denen insbesondere
einer der Fluidkanäle einen kleineren Querschnitt hat als
der andere Fluidkanal und die beiden Fluidkanäle einen
gemeinsamen Verschneidungsbereich haben, erfährt der Fluidkanal
mit dem größeren Querschnitt bei konstantem Druck
eine stärkere Kraftbeaufschlagung als der zweite Fluidkanal
mit dem kleineren Querschnitt. Damit erfährt ein Verschneidungsbereich
zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal teilweise
hohe Zug- und Druckspannungen.
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Das
Verfahren hat den Vorteil, dass ein Verfahren zum Entgraten entfallen
kann. Das Verfahren hat weiter den Vorteil, dass große
Krümmungsradien der Verschneidungskurven an den Verschneidungskanten
zwischen erstem und zweitem Fluidkanal erreicht werden können.
Dies ermöglicht, dass eine geringe Kerbwirkung an den Verschneidungskanten auftreten
kann. Sind die Krümmungsradien der Verschneidungskurven
an den Verschneidungskanten zwischen erstem und zweitem Fluidkanal
groß, so bewirken die Zugspannungen eine geringe Kerbwirkung
im Verschneidungsbereich zwischen dem ersten Fluidkanal und dem
zweiten Fluidkanal, das heißt an den Kerben im Verschneidungsbereich
entstehen nur geringe lokale Spannungsspitzen. Infolgedessen kann
eine hohe Druckschwellfestigkeit, das heißt eine hohe Festigkeit
gegenüber häufigen Druckschwankun gen, erreicht
werden. Damit ist eine Beaufschlagung der Kanalanordnung mit sehr
hohen Drücken erreichbar.
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Des
Weiteren kann insbesondere eine hohe Oberflächengüte
und Oberflächenhärte der durch den Formkörper
verformten Bereiche der Verschneidungskanten erreicht werden, was
ebenfalls zu einer hohen Druckschwellfestigkeit beiträgt.
Außerdem wird durch das verfahrensbedingte Einbringen von Druckeigenspannungen
eine hohe Druckpulsfestigkeit erreicht. Aus diesem Grund kann auch
auf eine Autofrettage der Kanalanordnung zur Erreichung einer hohen
Druckfestigkeit verzichtet werden. Des Weiteren ist eine hohe Prozesssicherheit
des Verfahrens ermöglicht, da der auf die Verschneidungskanten
auszuübende Druck der relevante Parameter des Verfahrens
ist. Außerdem sind keine besonderen Reinigungsschritte
nach einem vorangehenden Bohren der Fluidkanäle vor Ausführen
des Verfahrens erforderlich. Das Verfahren ermöglicht weiter
eine Realisierung verschiedener Geometrien im Verschneidungsbereich
in Abhängigkeit von der Ausbildung des Formkörpers.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der
erste Druck gleich dem zweiten Druck. Dies hat zum einen den Vorteil,
dass eine besonders einfache Realisierung einer Anordnung zur Beaufschlagung
des Fluids in den Fluidkanälen mit Druck möglich
ist. Insbesondere kann der gewünschte Fluiddruck mittels
eines einzigen Fluidförderaggregats hergestellt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
erfolgt das Aufbringen des Drucks auf das Fluid über die
erste Kanaleintrittsöffnung und die zweite Kanaleintrittsöffnung
mehrmals mit zeitlichen Unterbrechungen. Damit kann der Formkörper
mehrfach mit den Verschneidungskanten in Kontakt gelangen. Dadurch
sind eine besonders hohe Verdichtung der Verschneidungskanten und
besonders große Krümmungsradien der Verschneidungskurven
an den Verschneidungskanten möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
weist der Formkörper eine Ellipsoidform auf. Damit ist
eine räumlich gleichmäßige Druckbeaufschlagung
der Verschneidungskanten möglich. Insbesondere ist eine
gleichmäßige Bearbeitung der Verschneidungskanten
bei zueinander nicht senkrechter Anordnung von Fluidkanälen,
die einen kreisförmigen Querschnitt haben, möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
weist der Formkörper eine Kugelform auf. Damit ist eine
besonders sichere räumlich gleichmäßige
Druckbeaufschlagung der Verschneidungskanten möglich. Insbesondere
ist eine gute Bearbeitung der Verschneidungskanten bei zueinander
senkrechter Anordnung von Fluidkanälen, die einen kreisförmigen
Querschnitt haben, möglich. Zum anderen ist eine einfache
mechanische Gestaltung des Formkörpers ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer
Hochdruckkanalanordnung in einem Längsschnitt,
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2 eine
weitere schematische Ansicht der Hochdruckkanalanordnung in einem
Querschnitt entlang der Linie II-II' der 1, und
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3 eine
schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer
Hochdruckkanalanordnung in einem Längsschnitt.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
den Figuren ist eine Hochdruckkanalanordnung 10 gezeigt.
Die Hochdruckkanalanordnung 10 ist in einem Körper 12 ausgebildet,
der bevorzugt aus einem Gusswerkstoff oder aus einem Stahl gebildet
ist. In dem Körper 12 ist ein erster Fluidkanal 14 angeordnet,
der sich in einer ersten Axialrichtung A1 erstreckt. Der erste Fluidkanal 14 hat
eine erste Kanaleintrittsöffnung 20 und eine zweite
Kanaleintrittsöffnung 22. Des Weiteren hat der
Körper 12 einen zweiten Fluidkanal 16,
der sich in einer zweiten Axialrichtung A2 erstreckt und einen kleineren
Querschnitt aufweist als der erste Fluidkanal 14. Der zweite
Fluidkanal 16 hat eine weitere Kanaleintrittsöffnung 24.
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Der
zweite Fluidkanal 16 mündet in den ersten Fluidkanal 14,
wodurch ein Verschneidungsbereich A und insbesondere eine Verschneidungskante 18 ausgebildet
ist. Der Verschneidungsbereich A ist hydraulisch zwischen der ersten
Kanaleintrittsöffnung 20 und der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 des ersten
Fluidkanals 14 angeordnet.
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Die
zweite Axialrichtung A2 des zweiten Fluidkanals 16 ist
um einen Neigungswinkel α, der maximal 90° ist,
gegenüber der ersten Axialrichtung A1 des ersten Fluidkanals 14 geneigt.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10,
ist die zweite Axialrichtung A2 des zweiten Fluidkanals 16 senkrecht
zu der ersten Axialrichtung A1 des ersten Fluidkanals 14 ausgebildet.
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In
der 3 ist eine weitere Ausführungsform der
Hochdruckkanalanordnung 10 mit einer Pumpe 26 und
hydraulischen Leitungen 28 gezeigt. Die Pumpe 26 ist über
die hydraulischen Leitungen 28 derart mit der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und der
zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 des ersten Fluidkanals 14 hydraulisch
gekoppelt, dass ein Fluidfluss von der Pumpe 26 zu der
ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und der zweiten
Kanaleintrittsöffnung 22 des ersten Fluidkanals 14 erfolgen
kann. Die zweite Axialrichtung A2 des zweiten Fluidkanals 16 ist
um einen Neigungswinkel α kleiner 90° zu der ersten
Axialrichtung A1 des ersten Fluidkanals 14 geneigt.
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Die
Figuren zeigen die Hochdruckkanalanordnung 10 mit einem
in dem ersten Fluidkanal 14 befindlichen Formkörper 30.
In der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10 ist
der Formkörper 30 als Kugel ausgebildet. In der
in 3 gezeigten Ausführungsform der Hochdruckkanalanordnung 10 ist
der Formkörper 30 als Ellipsoid ausgebildet. Der
Formkörper 30 ist soweit in den ersten Fluidkanal 14 eingeführt, dass
er in dem gemeinsamen Verschneidungsbereich A des ersten Fluidkanals 14 und
des zweiten Fluidkanals 16 zwischen der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 und
der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 liegt.
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Im
Folgenden soll das Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 im Detail beschrieben werden:
Zuerst
wird der Körper 12 mit dem ersten Fluidkanal 14 und
dem zweiten Fluidkanal 16 bereitgestellt. Dann wird der
Formkörper in den ersten Fluidkanal 14 des Körpers 12 eingebracht.
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Nun
wird Fluid in den ersten Fluidkanal 14 gefördert,
wobei über die erste Kanaleintrittsöffnung 20 ein
erster Druck p1 und über die zweite Kanaleintrittsöffnung 22 ein
zweiter Druck p2 auf das Fluid aufgebracht werden. Der erste Druck
p1 und der zweite Druck p2 können voneinander verschieden sein.
Der erste Druck p1 und der zweite Druck p2 können auch
gleich sein, wie dies in 3 gezeigt ist. Dies kann beispielsweise
dadurch realisiert werden, dass Fluid mittels der gemeinsamen Pumpe 26 über
die hydraulischen Leitungen 28 sowohl zu der ersten Kanaleintrittsöffnung 20 als
auch zu der zweiten Kanaleintrittsöffnung 22 gefördert
wird. Das Fluid gelangt dann von dem ersten Fluidkanal 14 in
den zweiten Fluidkanal 16 und kann an der weiteren Kanaleintrittsöffnung 24 aus
dem Körper 12 austreten.
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Durch
das Fördern des Fluids in den ersten Fluidkanal 14 und
den zweiten Fluidkanal 16 gelangt der Formkörper 30 in
den Verschneidungsbereich A und kann nun unter Druckbeaufschlagung
die Verschneidungskanten 18 verformen. Durch ein pulsierendes
Aufbringen des Drucks auf das Fluid kann sich der Formkörper 30 zwischenzeitlich
von den Verschneidungskanten 18 lösen und anschließend
wieder erneut mit den Verschneidungskanten 18 in Kontakt
gelangen. Bei jedem Kontakt des Formkörpers 30 mit
den Verschneidungskanten 18 können die Verschneidungskanten 18 weiter
verformt werden. Die Verschneidungskanten 18 können
auf diese Weise immer mehr verdichtet werden. Abschließend
wird der Formkörper 30 wieder aus dem Körper 12 herausgenommen.
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Das
Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 hat den Vorteil, dass ein Verfahren
zum Entgraten entfallen kann. Das Verfahren ermöglicht
weiter eine hohe Prozesssicherheit, da der von dem Formkörper 30 auf
die Verschneidungskanten 18 ausgeübte Druck der
wesentliche Prozessparameter ist, der während des Verfahrens überwacht
werden muss.
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Des
Weiteren muss Bohrwasser, das nach dem Herstellen der Fluidkanäle 14, 16 in
diesen verblieben sein kann, vor Durchführung des Verfahrens zum
Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in dem Körper 12 nicht
unbedingt aus den Fluidkanälen 14, 16 entfernt
werden. Das Verfahren zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 ermöglicht hingegen bei
der Durchführung des Verfahrens die Nutzung des Bohrwassers
als Schmiermittel, etwa beim Einbringen des Formkörpers 30 in
den ersten Fluidkanal 14 des Körpers 12.
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Wird
die Hochdruckkanalanordnung 10, insbesondere der erste
Fluidkanal 14 und der zweite Fluidkanal 16 nach
Durchführung des Verfahrens zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in dem
Körper 12 mit Hochdruck beaufschlagt, so sind die
Innenwände des ersten Fluidkanals 14 und des zweiten
Fluidka nals 16 unterschiedlichen Kräften ausgesetzt.
Da der zweite Fluidkanal einen kleineren Querschnitt aufweist als
der erste Fluidkanal 14, ist die auf die Innenwand des
ersten Fluidkanals 14 einwirkende Kraft größer
als die auf die Innenwand des zweiten Fluidkanals 16 einwirkende
Kraft. Im Verschneidungsbereich A treten damit Zugspannungen auf.
Durch die mittels des Verfahrens zum Ausbilden der Hochdruckkanalanordnung 10 in
dem Körper 12 ermöglichte Ausbildung
der Verschneidungskante 18 zwischen dem ersten Fluidkanal 14 und
dem zweiten Fluidkanal 16 mit einem großen Krümmungsradius ist
die Kerbwinkung an der Verschneidungskante 18 des Körpers 12 gering.
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Des
Weiteren wird durch die aus dem Verfahren resultierende plastische
Verformung der Verschneidungskante 18 eine gute Oberflächengüte
und eine hohe Oberflächenhärte erreicht. Sowohl
die geringe Krümmung der Verschneidungskante 18 als auch
die gute Oberflächengüte und die hohe Oberflächenhärte
machen es möglich, eine hohe Druckschwellfestigkeit der
Hochdruckkanalanordnung 10 auch bei hohen Drücken
zu erreichen.
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Zusätzlich
wird durch das verfahrensbedingte Einbringen von Druckeigenspannungen
eine hohe Druckpulsfestigkeit erreicht, so dass auch auf eine zusätzliche
Autofrettage der Hochdruckkanalanordnung 10, das heißt
das kurzzeitige Einwirken eines sehr hohen Drucks zur Veränderung
der Innenoberflächen der Fluidkanäle 14, 16 zum
Erreichen einer hohen Druckfestigkeit, verzichtet werden kann.
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Die
Hochdruckkanalanordnung 10 ist vorzugsweise in einem Injektor
eines Kraftstoffeinspritzsystems für ein Kraftfahrzeug
ausgebildet. Der Körper 12 bildet in diesem Fall
vorzugsweise einen Injektorkörper aus. Der erste Fluidkanal 14 dient
in diesem Fall der Kraftstoffleitung und nimmt vorzugsweise eine
Ventilnadel auf, mit der eine Kraftstoffdosierung ermöglicht
ist. Der zweite Fluidkanal 16 bildet vorzugsweise eine
Kraftstoffzulaufleitung in den Ventilraum, die wiederum vorzugsweise
zu einem Druckanschluss führt, durch den der Injektor mit
Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher versorgt werden kann.
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Die
Hochdruckkanalanordnung 10 kann vorzugsweise auch in einem
Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Kraftstoffeinspritzsystem
für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen angeordnet
sein. Dabei bildet der erste Fluidkanal 14 vorzugsweise
einen Speicherraum des Kraftstoffhochdruckspeichers aus, während
der zweite Fluidkanal 16 vorzugsweise eine Verbindungsbohrung
zu einer Einspritzdüse beziehungsweise zu einer Kraftstoffpumpe
bildet. Durch die Ausbildung der dargestellten Hochdruckkanalanordnung 10 in
einem Kraftstoffhochdruckspeicher eines Kraftstoffeinspritzsystems
kann eine geringe Kerbwirkung an der Verschneidungskante 18 und
damit eine gute Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers
erreicht werden.
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- 10
- Hochdruckkanalanordnung
- 12
- Körper
- 14
- erster
Fluidkanal
- 16
- zweiter
Fluidkanal
- 18
- Verschneidungskante
- 20
- erste
Kanaleintrittsöffnung
- 22
- zweite
Kanaleintrittsöffnung
- 24
- weitere
Kanaleintrittsöffnung
- 26
- Pumpe
- 28
- Hydraulische
Leitung
- 30
- Formkörper
- α
- Neigungswinkel
- A1
- erste
Axialrichtung
- A2
- zweite
Axialrichtung
- A
- Verschneidungsbereich
- P1,
p2
- erster,
zweiter Druck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/004973
A1 [0002]
- - DE 19911381 A1 [0003]