DE19815775A1 - Drallscheibe und Brennstoffeinspritzventil mit Drallscheibe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drallscheibe, die sich dadurch auszeichnet, daß sie aus wenigstens einem metallischen Material besteht, mit wenigstens einem Einlaßbereich (65) und wenigstens einer Auslaßöffnung (69) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, und wenigstens zwei in eine Drallkammer (68) mündende Drallkanäle (66) aufweist, wobei die Drallkammer (68) in einer mittleren Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist. Eine obere Schicht ist als Deckelschicht (60) ausgebildet, die über ihre gesamte Querschnittsfläche eine geschlossene Schicht ohne Öffnungskonturen darstellt. Alle Schichten der Drallscheibe (30) sind mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar aufeinander aufgebaut. DOLLAR A Die Drallscheibe (30) eignet sich besonders für den Einsatz an einem Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einem Hochdruckeinspritzventil, zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Drallscheibe nach der Gattung des Anspruchs 1 und von einem Brennstoffeinspritzventil mit einer Drallscheibe nach der Gattung des Anspruchs 23.

Aus der DE-PS 39 43 005 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem im Sitzbereich mehrere scheibenförmige Elemente angeordnet sind. Bei Erregung des Magnetkreises wird eine als Flachanker fungierende flache Ventilplatte von einer mit ihr zusammenwirkenden gegenüberliegenden Ventilsitzplatte abgehoben, die gemeinsam ein Plattenventilteil bilden. Stromaufwärts der Ventilsitzplatte ist ein Drallelement angeordnet, das den zum Ventilsitz strömenden Brennstoff in eine kreisförmige Drehbewegung versetzt. Eine Anschlagplatte begrenzt den axialen Weg der Ventilplatte auf der der Ventilsitzplatte gegenüberliegenden Seite. Die Ventilplatte wird mit großem Spiel von dem Drallelement umgeben; eine gewisse Führung der Ventilplatte übernimmt damit das Drallelement. Im Drallelement sind an dessen unterer Stirnseite mehrere tangential verlaufende Nuten eingebracht, die vom äußeren Umfang ausgehend bis in eine mittlere Drallkammer reichen. Durch das Aufliegen des Drallelements mit seiner unteren Stirnseite auf der Ventilsitzplatte liegen die Nuten als Drallkanäle vor.

Aus der WO 96/11335 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, an dessen stromabwärtigen Ende ein mehrscheibiger Zerstäubungsvorsatz mit einer Drallaufbereitung angeordnet ist. Dieser Zerstäubungsvorsatz ist stromabwärts eines in einem Ventilsitzträger eingebauten scheibenförmigen Führungselements und eines Ventilsitzes ebenfalls am Ventilsitzträger vorgesehen, wobei ein zusätzliches Stützelement den Zerstäubungsvorsatz in einer definierten Position hält. Der Zerstäubungsvorsatz ist zweischeibig bzw. vierscheibig ausgeführt, wobei die einzelnen Scheiben aus rostfreiem Stahl oder Silizium hergestellt sind. Entsprechend kommen bei der Herstellung der Öffnungsgeometrien in den Scheiben konventionelle Bearbeitungsverfahren zum Einsatz, wie Erodieren, Stanzen oder Ätzen. Jede einzelne Scheibe des Zerstäubungsvorsatzes wird separat gefertigt, wonach entsprechend der gewünschten Scheibenanzahl alle gleich großen Scheiben zur Bildung des vollständigen Zerstäubungsvorsatzes aufeinander gestapelt werden.

In der DE-OS 196 07 288 wurde bereits die sogenannte Multilayergalvanik zur Herstellung von Lochscheiben, die insbesondere für den Einsatz an Brennstoffeinspritzventilen geeignet sind, ausführlich beschrieben. Dieses Herstellungsprinzip einer Scheibenherstellung durch mehrfaches galvanisches Metallabscheiden verschiedener Strukturen aufeinander, so daß eine einteilige Scheibe vorliegt, soll ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt vorliegender Erfindung zählen. Die mikrogalvanische Metallabscheidung in mehreren Ebenen, Lagen bzw. Schichten kommt auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drallscheiben zum Einsatz.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Drallscheibe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Drallscheiben in reproduzierbarer Weise äußerst präzise in sehr großen Stückzahlen gleichzeitig gefertigt werden können (hohe Batchfähigkeit). Aufgrund ihrer metallischen Ausbildung sind solche Drallscheiben sehr bruchsicher und gut montierbar, beispielsweise an Einspritzventilen oder anderen Abspritzdüsen von Flüssigkeiten jeglicher Art. Die Anwendung der Multilayergalvanik erlaubt eine extrem große Gestaltungsfreiheit, da die Konturen der Öffnungsbereiche (Einlaßbereiche, Drallkanäle, Drallkammer, Auslaßöffnung) in der Drallscheibe frei wählbar sind. Besonders im Vergleich zu Siliziumscheiben, bei denen aufgrund der Kristallachsen erreichbare Konturen streng vorgegeben sind (Pyramidenstümpfe), ist diese flexible Formgebung sehr vorteilhaft.

Das metallische Abscheiden hat besonders im Vergleich zur Herstellung von Siliziumscheiben den Vorteil einer sehr großen Materialvielfalt. Die verschiedensten Metalle mit ihren unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften und Härten können bei der zur Herstellung der Drallscheiben verwendeten Mikrogalvanik zum Einsatz kommen. Die unterschiedlichen Härten der verschiedenen Metalle können in besonders vorteilhafter Weise dahingehend genutzt werden, daß ein abdichtender Materialbereich geschaffen ist.

Die herstellungsbedingt große Gestaltungsfreiheit der Konturen innerhalb der Drallscheibe hat wiederum den großen Vorteil zur Folge, daß verschiedene Strahlformen der abzuspritzenden Sprays einfach erzeugbar sind. So sind Strahlverläufe und Sprays in Form von Hohlkegeln, schrägen Hohlkegeln, Vollkegeln, schrägen Vollkegeln, strähnenbehafteten Kegeln oder Flachstrahlen erzielbar, die allesamt durch die Drallbeaufschlagung in der Drallscheibe hervorragend aufbereitet werden. Mit der Multilayergalvanik sind in besonders vorteilhafter Weise problemlos, kostengünstig und mit extrem großer Präzision Hinterschneidungen und Überdeckungen erzielbar.

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

Besonders vorteilhaft ist es, die Drallscheibe bestehend aus drei Schichten aufzubauen, indem drei Galvanikschritte zur Metallabscheidung vorgenommen werden. Dabei stellt die stromaufwärtige Schicht eine Deckelschicht dar, die die Drallkammer einer mittleren Drallerzeugungsschicht vollständig abdeckt. Die Drallerzeugungsschicht wird von einem oder mehreren Materialbereichen gebildet, die aufgrund ihrer Konturgebung und ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer und der Drallkanäle vorgeben. Durch den Galvanikprozess werden die einzelnen Schichten ohne Trenn- oder Fügestellen so aufeinander aufgebaut, daß sie durchgehend homogenes Material darstellen. Insofern sind "Schichten" als gedankliches Hilfsmittel zu verstehen.

In vorteilhafter Weise sind in der Drallscheibe zwei, drei, vier oder sechs Drallkanäle vorgesehen. Die Materialbereiche können entsprechend der gewünschten Konturgebung der Drallkanäle sehr unterschiedliche Formen besitzen, z. B. stegartig oder spiralförmig sein. In vorteilhafter Weise sind auch die Konturen der Drallkammer, der Deckelschicht und der Auslaßöffnung flexibel gestaltbar, wobei durch Asymmetrien bestimmter Öffnungskonturen besondere geneigte, z. B. motorspezifische Strahlbilder und Sprayformen erzeugbar sind. Die Erzeugung von zur Symmetrieachse der Drallscheibe unter einem Winkel γ geneigten Sprays oder Strahlen (Hohl- oder Vollkegel, hoher oder geringer Strähnenanteil über den Umfang, Gleich- oder Ungleichverteilung über den Umfang, nicht rotationssymmetrische (Flach-)Strahlbilder mit einstellbaren Strähnenkomponenten) auf einfache Art und Weise und ohne zusätzliche Bauteile mit vorgegebenen Schrägabspritzkonturen (Schräglöcher) stellt einen außerordentlich wichtigen Vorteil der erfindungsgemäßen Drallscheiben dar.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Drallscheibe derart ausgeführt, daß die Materialbereiche so voneinander abweichend ausgeformt sind, daß sämtliche Drallkanäle eine andere Ausrichtung bezüglich der Symmetrieachse der Drallscheibe haben. Über den Umfang der Drallscheibe gesehen verlaufen die Drallkanäle derart, daß sich ihre Radialausrichtungen sowie ihre tangentialen Drallausrichtungen gegensinnig kontinuierlich verändern. Auf konstruktiv sehr einfache Art und Weise wird mit einer solchen Formgebung erreicht, daß ein drallbehaftetes rotationssymmetrisches Hohlkegelspray mit einer Gleichverteilung über den Hohlkegelumfang abgespritzt wird. Ohne nachgeschaltete, feinmechanisch hergestellte Bauteile können so zur Symmetrieachse geneigte Sprays mit oben genannten Eigenschaften erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 23 hat den Vorteil, daß mit ihm eine sehr hohe Zerstäubungsgüte eines abzuspritzenden Brennstoffs sowie eine an die jeweiligen Erfordernisse (z. B. Einbaubedingungen, Motorkonfigurationen, Zylinderausformungen, Zündkerzenposition) angepaßte Strahl- bzw. Sprayformung erzielt wird. Als Konsequenz können bei Verwendung von Multilayergalvanik-Drallscheiben an einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine u. a. die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.

Aus den bezüglich der Drallscheiben angeführten Vorteilen sind entsprechende Vorteile für den Einsatz an einem Brennstoffeinspritzventil in logischer Weise herleitbar, da durch die vereinfachte und sehr gut reproduzierbare Herstellungsweise der Drallscheiben gekoppelt mit der hohen Funktionalität der Drallerzeugung im Fluid, hier Brennstoff, für das Brennstoffeinspritzventil genauso die Vorteile der hohen Qualität, gleichmäßigen Feinstzerstäubung, hohen Variabilität an Strahlformen und Kostenersparnis vorliegen.

Bei motorischem Betrieb tritt allgemein bei der Benzindirekteinspritzung das Problem auf, daß die in den Brennraum ragende stromabwärtige Spitze des Einspritzventils durch Benzinablagerungen verkokt. Bei bisher bekannten in. . den Brennraum ragenden Einspritzventilen besteht deshalb über ihre Lebensdauer die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Sprayparameter (z. B. statische Strömungsmenge, Strahlwinkel), die bis zu einem Ausfall des Einspritzventils führen kann. Durch das Einsetzen der Multilayergalvanik-Drallscheibe am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils aus den Materialien. Nickel oder Nickel-Kobalt wird eine Verkokung in diesem Bereich wirksam verhindert. Geeignete Materialien sind außerdem Kobalt- und Nickeloxide und Oxide von Legierungen der genannten Metalle. Durch den Aufbau der Drallscheibe aus solchen Materialien wird eine vollständige Verbrennung der Rußpartikel katalysiert und die Ablagerung von Kohlenstoffteilchen verhindert. Katalytische Wirksamkeit zeigen auch die Edelmetalle Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt bzw. Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit anderen Metallen.

Weitere Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele noch näher benannt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein mit einer Drallscheibe ausstattbares Brennstoffeinspritzventil im Schnitt, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung als Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drallscheibe, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Multilayergalvanik- Drallscheibe, Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer solchen Drallscheibe, Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe, Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe, Fig. 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe, Fig. 9 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe, Fig. 10 ein siebentes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe, Fig. 11 ein achtes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe und Fig. 12 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer Drallscheibe, wobei die Fig. 4 bis 11 ebenfalls die Öffnungskonturen hervorhebende, "gläserne" Prinzipdarstellungen als Draufsichten auf die Drallscheiben sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 beispielhaft dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 zumindest teilweise umgebenen, als Innenpol eines Magnetkreises dienenden, rohrförmigen, weitgehend hohlzylindrischen Kern 2. Das Brennstoffeinspritzventil eignet sich besonders als Hochdruckeinspritzventil .zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Für den Einsatz der erfindungsgemäßen, später näher beschriebenen Drallscheiben stellt ein Einspritzventil (für Benzin- oder Dieselanwendung, für Direkt- oder Saugrohreinspritzung) nur ein wichtiges Anwendungsgebiet dar. Diese Drallscheiben können auch in Tintenstrahldruckern, an Düsen zum Versprühen von Flüssigkeiten jeglicher Art oder bei Inhalatoren zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung feiner Sprays mit Drallkomponenten eignen sich die erfindungsgemäßen Drallscheiben ganz allgemein.

Ein beispielsweise gestufter Spulenkörper 3 aus Kunststoff nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 und einem ringförmigen, nichtmagnetischen, von der Magnetspule 1 teilweise umgebenen Zwischenteil 4 mit einem L-förmigen Querschnitt einen besonders kompakten und kurzen Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.

In dem Kern 2 ist eine durchgängige Längsöffnung 7 vorgesehen, die sich entlang einer Ventillängsachse 8 erstreckt. Der Kern 2 des Magnetkreises dient auch als Brennstoffeinlaßstutzen, wobei die Längsöffnung 7 einen Brennstoffzufuhrkanal darstellt. Mit dem Kern 2 oberhalb der Magnetspule 1 fest verbunden ist ein äußeres metallenes (z. B. ferritisches) Gehäuseteil 14, das als Außenpol bzw. äußeres Leitelement den Magnetkreis schließt und die Magnetspule 1 zumindest in Umfangsrichtung vollständig umgibt. In der Längsöffnung 7 des Kerns 2 ist zulaufseitig ein Brennstoffilter 15 vorgesehen, der für die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile sorgt, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen könnten. Der Brennstoffilter 15 ist z. B. durch Einpressen im Kern 2 fixiert.

Der Kern 2 bildet mit dem Gehäuseteil 14 das zulaufseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils, wobei sich das obere Gehäuseteil 14 beispielsweise in axialer Richtung stromabwärts gesehen gerade noch über die Magnetspule 1 hinaus erstreckt. An das obere Gehäuseteil 14 schließt sich dicht und fest ein unteres rohrförmiges Gehäuseteil 18 an, das z. B. ein axial bewegliches Ventilteil bestehend aus einem Anker 19 und einer stangenförmigen Ventilnadel 20 bzw. einen langgestreckten Ventilsitzträger 21 umschließt bzw. aufnimmt. Das bewegliche Ventilteil könnte aber z. B. auch die Form einer flachen Scheibe mit integriertem Anker haben. Die beiden Gehäuseteile 14 und 18 sind z. B. mit einer umlaufenden Schweißnaht fest miteinander verbunden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das untere Gehäuseteil 18 und der weitgehend rohrförmige Ventilsitzträger 21 durch Verschrauben fest miteinander verbunden; Schweißen, Löten oder Bördeln stellen aber ebenso mögliche Fügeverfahren dar. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 18 und dem Ventilsitzträger 21 erfolgt z. B. mittels eines Dichtrings 22. Der Ventilsitzträger 21 besitzt über seine gesamte axiale Ausdehnung eine innere Durchgangsöffnung 24, die konzentrisch zu der Ventillängsachse 8 verläuft.

Mit seinem unteren Ende 25, das auch zugleich den stromabwärtigen Abschluß des gesamten Brennstoffeinspritzventils darstellt, umgibt der Ventilsitzträger 21 ein in der Durchgangsöffnung 24 eingepaßtes scheibenförmiges Ventilsitzelement 26 mit einer sich stromabwärts kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 27. In der Durchgangsöffnung 24 ist die z. B. stangenförmige, einen weitgehend kreisförmigen Querschnitt aufweisende Ventilnadel 20 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende einen Ventilschließabschnitt 28 aufweist. Dieser beispielsweise sich keglig verjüngende Ventilschließabschnitt 28 wirkt in bekannter Weise mit der im Ventilsitzelement 26 vorgesehenen Ventilsitzfläche 27 zusammen. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 folgt dem Ventilsitzelement 26 eine erfindungsgemäße Drallscheibe 30, die mittels Multilayergalvanik hergestellt ist und drei aufeinander abgeschiedene metallische Schichten umfaßt.

Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 20 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 angeordneten Rückstellfeder 33 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2, den Gehäuseteilen 14 und 18 und dem Anker 19. Der Anker 19 ist mit dem dem Ventilschließabschnitt 28 abgewandten Ende der Ventilnadel 20 z. B. durch eine Schweißnaht verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. Zur Führung der Ventilnadel 20 während ihrer Axialbewegung mit dem Anker 19 entlang der Ventillängsachse 8 dient einerseits eine im Ventilsitzträger 21 am dem Anker 19 zugewandten Ende vorgesehene Führungsöffnung 34 und andererseits ein stromaufwärts des Ventilsitzelements 26 angeordnetes scheibenförmiges Führungselement 35 mit einer maßgenauen Führungsöffnung 36. Der Anker 19 ist während seiner Axialbewegung von dem Zwischenteil 4 umgeben.

Anstelle des elektromagnetischen Kreises kann auch ein anderer erregbarer Aktuator, wie z. B. ein Piezostack, in einem vergleichbaren Brennstoffeinspritzventil verwendet werden bzw. das Betätigen des axial beweglichen Ventilteils durch einen hydraulischen Druck oder Servodruck erfolgen.

Eine in der Längsöffnung 7 des Kerns 2 eingeschobene, eingepreßte oder eingeschraubte Einstellhülse 38 dient zur Einstellung der Federvorspannung der über ein Zentrierstück 39 mit ihrer stromaufwärtigen Seite an der Einstellhülse 38 anliegenden Rückstellfeder 33, die sich mit ihrer gegenüberliegenden Seite am Anker 19 abstützt. Im Anker 19 sind ein oder mehrere bohrungsähnliche Strömungskanäle 40 vorgesehen, durch die der Brennstoff von der Längsöffnung 7 im Kern 2 aus über stromabwärts der Strömungskanäle 40 ausgebildete Verbindungskanäle 41 nahe der Führungsöffnung 34 im Ventilsitzträger 21 bis in die Durchgangsöffnung 24 gelangen kann.

Der Hub der Ventilnadel 20 wird durch die Einbaulage des Ventilsitzelements 26 vorgegeben. Eine Endstellung der Ventilnadel 20 ist bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließabschnitts 28 an der Ventilsitzfläche 27 des Ventilsitzelements 26 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 20 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 19 an der stromabwärtigen Stirnseite des Kerns 2 ergibt. Die Oberflächen der Bauteile im letztgenannten Anschlagbereich sind beispielsweise verchromt.

Die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 1 und damit deren Erregung erfolgt über Kontaktelemente 43, die noch außerhalb des Spulenkörpers 3 mit einer Kunststoffumspritzung 44 versehen sind. Die Kunststoffumspritzung 44 kann sich auch über weitere Bauteile (z. B. Gehäuseteile 14 und 18) des Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Aus der Kunststoffumspritzung 44 heraus verläuft ein elektrisches Anschlußkabel 45, über das die Bestromung der Magnetspule 1 erfolgt. Die Kunststoffumspritzung 44 ragt durch das in diesem Bereich unterbrochene obere Gehäuseteil 14.

Stromabwärts der Führungsöffnung 34 ist die Durchgangsöffnung 24 des Ventilsitzträgers 21 beispielsweise zweimal gestuft ausgeführt. Ein erster Absatz 49 dient als Anlagefläche für eine z. B. schraubenförmige Druckfeder 50. Mit der zweiten Stufe 51 wird ein vergrößerter Einbauraum für die drei scheibenförmigen Elemente 35, 26 und 30 geschaffen. Die die Ventilnadel 20 umhüllende Druckfeder 50 verspannt das Führungselement 35 im Ventilsitzträger 21, da sie mit ihrer dem Absatz 49 gegenüberliegenden Seite gegen das Führungselement 35 drückt. Stromabwärts der Ventilsitzfläche 27 ist im Ventilsitzelement 26 eine Austrittsöffnung 53 eingebracht, durch die der bei geöffnetem Ventil an der Ventilsitzfläche 27 entlangströmende Brennstoff strömt, um nachfolgend in die Drallscheibe 30 einzutreten. Die Drallscheibe 30 liegt beispielsweise in einer Vertiefung 54 eines scheibenförmigen Halteelements 55 vor, wobei das Halteelement 55 fest mit dem Ventilsitzträger 21 z. B. mittels Schweißen, Kleben oder durch Verklemmen verbunden ist. Die in Fig. 1 gezeigte Befestigungsvariante der Drallscheibe 30 ist nur vereinfacht dargestellt und zeigt nur eine von vielen zu variierenden Befestigungsmöglichkeiten. Entscheidend ist die prinzipielle Anordnung der mikrogalvanisch abgeschiedenen Drallscheibe 30 stromabwärts der Ventilsitzfläche 27. In dem Halteelement 55 ist stromabwärts der dem Ventilsitz zugewandten Vertiefung 54 eine zentrale Auslaßöffnung 56 ausgebildet, durch die der nun drallbehaftete Brennstoff das Brennstoffeinspritzventil verläßt.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Drallscheibe 30, während Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 zeigt. Dabei ist in der Fig. 2 eine Draufsicht auf die Drallscheibe 30 dargestellt, in der sämtliche Schichten der Drallscheibe 30 aufgrund einer "gläsernen" Darstellungsweise deutlich werden. Den Schichtaufbau in axialer Richtung kennzeichnet besonders deutlich Fig. 3, die letztlich eine vergrößerte Darstellung des Drallscheibenbereichs aus Fig. 1 ist. In der Fig. 3 wurden für die einzelnen abgeschiedenen Schichten verschiedene Schraffuren gewählt, obwohl ausdrücklich betont werden soll, daß es sich bei den Drallscheiben 30 um einteilige Bauteile handelt, da die einzelnen Schichten unmittelbar aufeinander abgeschieden und nicht erst nachträglich gefügt werden. Die Schichten der Drallscheibe 30 werden nacheinander galvanisch abgeschieden, so daß sich die Folgeschicht aufgrund galvanischer Haftung fest mit der darunterliegenden Schicht verbindet.

Die Drallscheibe 30 weist einen solchen Außendurchmesser auf, daß sie straff mit geringem Spiel in eine Aufnahmeöffnung am Brennstoffeinspritzventil, z. B. in die Vertiefung 54 des Halteelements 55 oder in eine Öffnung des Ventilsitzträgers 21, eingepaßt werden kann. Gebildet wird die Drallscheibe 30 aus drei galvanisch aufeinander abgeschiedenen Ebenen, Lagen bzw. Schichten, die somit im eingebauten Zustand axial aufeinander folgen. Bezeichnet werden die drei Schichten der Drallscheibe 30 im folgenden entsprechend ihrer Funktion mit Deckelschicht 60, Drallerzeugungsschicht 61 und Bodenschicht 62. Wie den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, ist die obere Deckelschicht 60 mit einem kleineren Außendurchmesser als die beiden darauffolgenden Schichten 61, 62 ausgebildet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Brennstoff an der Deckelschicht 60 außen vorbei strömen und so ungehindert in äußere Einlaßbereiche 65 von beispielsweise vier vom äußeren Umfang der Drallscheibe 30 ausgehenden Drallkanälen 66 in der mittleren Drallerzeugungsschicht 61 eintreten kann (siehe Pfeile zum Strömungsverlauf in Fig. 3). Drallscheiben 30 sind in erfindungsgemäßer Weise auch mit mehr als drei Schichten herstellbar, wobei die Struktur der oben beschriebenen Schichten 60, 61, 62 auch in diesen Fällen in vergleichbarer Weise aussieht, aber z. B. auf der Deckelschicht 60 noch eine vierte (nicht dargestellte) Strukturschicht aufgewachsen ist, die für bestimmte Einbaubedingungen und aus Anströmgründen zweckmäßig sein kann.

Die obere Deckelschicht 60 stellt eine geschlossene metallische Schicht dar, die keine Öffnungsbereiche zum Durchströmen aufweist, die jedoch aufgrund ihres kleineren Durchmessers von einem ringförmigen Strömungsbereich 67 umgeben ist. In der Drallerzeugungsschicht 61 ist dagegen eine komplexe Öffnungskontur vorgesehen, die über die gesamte axiale Dicke dieser Schicht 61 verläuft. Die Öffnungskontur der mittleren Schicht 61 wird von einer inneren Drallkammer 68 und von einer Vielzahl von in die Drallkammer 68 mündenden Drallkanälen 66 gebildet. In der in Fig. 2 gezeigten Prinzipdarstellung der Drallscheibe 30 besitzt die mittlere Schicht 61 eine weitgehend quadratische Drallkammer 68 sowie vier Drallkanäle 66. Die z. B. jeweils senkrecht zu den benachbarten Drallkanälen 66 verlaufenden Drallkanäle 66 münden tangential in die Drallkammer 68. Während die Drallkammer 68 vollständig von der Deckelschicht 60 überdeckt ist, liegen die Drallkanäle 66 nur teilweise abgedeckt vor, da die der Drallkammer 68 abgewandten äußeren Enden die nach oben hin offenen Einlaßbereiche 65 bilden. Durch die tangentiale Einmündung der Drallkanäle 66 in die Drallkammer 68 bekommt der Brennstoff einen Drehimpuls aufgeprägt, der so auch in einer mittleren kreisförmigen Auslaßöffnung 69 der unteren Bodenschicht 62 erhalten bleibt. Der Durchmesser der Auslaßöffnung 69 ist beispielsweise deutlich kleiner als die Öffnungsweite der unmittelbar über ihr liegenden Drallkammer 68. Dadurch wird die in der Drallkammer 68 erzeugte Drallintensität verstärkt. Durch die Fliehkraft wird der Brennstoff hohlkegelförmig abgespritzt.

Die erfindungsgemäßen Drallscheiben 30 werden in mehreren metallischen Schichten durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik). Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, von denen hiermit einige in Kurzform zusammenfassend aufgeführt sind:

• - Schichten mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
• - durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Schichten, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten),
• - gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
• - Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
• - einteilige Ausführung der Drallscheibe, da die einzelnen Metallabscheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.

In den folgenden Abschnitten wird nur in Kurzform das Verfahren zur Herstellung der Drallscheiben 30 erläutert. Ausführlich wurden sämtliche Verfahrensschritte der galvanischen Metallabscheidung zur Herstellung einer Lochscheibe bereits in der DE-OS 196 07 285 beschrieben. Charakteristisch für das Verfahren der sukzessiven Anwendung von photolithographischen Schritten (UV-Tiefenlithographie) und anschließender Mikrogalvanik ist, daß es auch in großflächigem Maßstab eine hohe Präzision der Strukturen gewährleistet, so daß es ideal für eine Massenfertigung mit sehr großen Stückzahlen (hohe Batchfähigkeit) einsetzbar ist. Auf einem Nutzen oder Wafer kann eine Vielzahl von Drallscheiben 30 gleichzeitig gefertigt werden.

Ausgangspunkt für das Verfahren ist eine ebene und stabile Trägerplatte, die z. B. aus Metall (Titan, Stahl), Silizium, Glas oder Keramik bestehen kann. Auf die Trägerplatte wird optional zunächst wenigstens eine Hilfsschicht aufgebracht. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Galvanikstartschicht (z. B. TiCuTi, CrCuCr, Ni), die zur elektrischen Leitung für die spätere Mikrogalvanik benötigt wird. Das Aufbringen der Hilfsschicht geschieht z. B. durch Sputtern oder durch stromlose Metallabscheidung. Nach dieser Vorbehandlung der Trägerplatte wird auf die Hilfsschicht ein Photoresist (Photolack) ganzflächig aufgebracht, z. B. aufgewalzt oder aufgeschleudert.

Die Dicke des Photoresists sollte dabei der Dicke der Metallschicht entsprechen, die in dem später folgenden Galvanikprozeß realisiert werden soll, also der Dicke der unteren Bodenschicht 62 der Drallscheibe 30. Die Resistschicht kann aus einer oder mehreren Lagen einer fotostrukturierbaren Folie oder einem Flüssigresist (Polyimid, Photolack) bestehen. Falls optional eine Opferschicht in die später erzeugten Lackstrukturen galvanisiert werden soll, ist die Dicke des Photoresists um die Dicke der Opferschicht zu vergrößern. Die zu realisierende Metallstruktur soll mit Hilfe einer photolithographischen Maske invers in dem Photoresist übertragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Photoresist direkt über die Maske mittels UV-Belichtung (Leiterplattenbelichter oder Halbleiterbelichter) zu belichten (UV-Tiefenlithographie) und nachfolgend zu entwickeln.

Die letztlich im Photoresist entstehende Negativstruktur zur späteren Schicht 62 der Drallscheibe 30 wird galvanisch mit Metall (z. B. Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu) aufgefüllt (Metallabscheidung). Das Metall legt sich durch das Galvanisieren eng an die Kontur der Negativstruktur an, so daß die vorgegebenen Konturen formtreu in ihm reproduziert werden. Um die Struktur der Drallscheibe 30 zu realisieren, müssen die Schritte ab dem optionalen Aufbringen der Hilfsschicht entsprechend der Anzahl der gewünschten Schichten wiederholt werden, so daß bei einer dreischichtigen Drallscheibe 30 drei Galvanikschritte vorgenommen werden. Für die Schichten einer Drallscheibe 30 können auch unterschiedliche Metalle verwendet werden, die jedoch nur in einem jeweils neuen Galvanikschritt einsetzbar sind.

Bei der Herstellung der Deckelschicht 60 der Drallscheibe 30 wird Metall sowohl auf den leitenden Materialbereichen 61' als auch auf dem nichtleitenden Photoresist im Bereich der Drallkanäle 66 und der Drallkammer 68 abgeschieden. Hierfür wird eine Startschichtmetallisierung auf dem Resist der vorhergehenden mittleren Schicht 61 aufgetragen. Nach dem Abscheiden der oberen Deckelschicht 60 wird der verbliebene Photoresist aus den Metallstrukturen durch naßchemisches Strippen herausgelöst. Bei glatten, passivierten Trägerplatten (Substraten) lassen sich die Drallscheiben 30 vom Substrat lösen und vereinzeln. Bei Trägerplatten mit guter Haftung der Drallscheiben 30 wird die Opferschicht selektiv zu Substrat und Drallscheibe 30 weggeätzt, wodurch die Drallscheiben 30 von der Trägerplatte abheben und vereinzelt werden können.

In den Fig. 4 bis 12 sind neun Ausführungsbeispiele von Multilayergalvanik-Drallscheiben 30 dargestellt, wobei diese Figuren ebenfalls wie die Fig. 2 die Öffnungskonturen hervorhebende, "gläserne" Prinzipdarstellungen sind. Diese verschiedenen Ausführungsformen können je nach Einsatzwunsch zur Erzeugung von üblichen rotationssymmetrischen Spritzkegeln, aber auch von Flachstrahlbildern oder geneigten asymmetrischen Strahlbildern dienen.

In Fig. 4 ist eine Drallscheibe 30 gezeigt, die wiederum die drei Schichten 60, 61 und 62 aufweist. Dabei sind die obere Deckelschicht 60 und die untere Bodenschicht 62 in mit Fig. 2 vergleichbarer Weise ausgeformt, also mit einer kreisförmigen Kontur, wobei die Bodenschicht 62 einen größeren Außendurchmesser und eine zentrale Auslaßöffnung 69 aufweist. Die mittlere Drallerzeugungsschicht 61 unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten. Während die vier in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Materialbereiche 61', zwischen denen sich genau die Konturen der Drallkanäle 65 und der Drallkammer 68 ergeben, im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vom äußeren Rand der Drallscheibe 30 ausgehen, sind die Materialbereiche 61' der Drallerzeugungsschicht 61 nach Fig. 4 jeweils stegartig und vom äußeren Rand der Drallscheibe 30 beabstandet ausgebildet. Die vier Materialbereiche 61' stehen zu den jeweils benachbarten Materialbereichen 61' weitgehend senkrecht und bilden in einem definierten Abstand voneinander die von der Deckelschicht 60 abgedeckten Drallkanäle 66. Die die Drallkammer 68 radial begrenzenden Enden 70 der Materialbereiche 61' sind beispielsweise schaufelförmig abgerundet, so daß bereits die Kontur der Materialbereiche 61' zur Drallerzeugung des abzuspritzenden Brennstoffs dient und eine kreisförmige Drallkammer 68 gebildet ist. Die den inneren Enden 70 gegenüberliegenden Enden 71 der Materialbereiche 61' sind z. B. an ihrer Außenkontur ebenfalls abgerundet, wodurch ein Fügedurchmesser vorgegeben wird, mit dem die Drallscheibe 30 in einfacher Art und Weise z. B. in einer Öffnung eines Brennstoffeinspritzventils einsetzbar und befestigbar ist.

Zur Erzeugung eines asymmetrischen Strahlbildes mit einem Winkel γ zur Symmetrieachse der Drallscheibe 30 bzw. zur Ventillängsachse 8 des Ventils kann die Auslaßöffnung 69 auch außermittig in der Bodenschicht 62 eingebracht sein, wie es die mit einer Strich-Punkt-Linie angedeutete Auslaßöffnung 69a in Fig. 4 zeigt. Neben einer Schrägausrichtung kann mit einer solchen Ausbildungsvariante auch eine möglicherweise gewünschte Ungleichverteilung über den Umfang des Hohl- oder Vollkegels erzielt werden, so daß eine Asymmetrie in mehrfacher Hinsicht vorliegt.

In den Fig. 5 und 6 sind Drallscheiben 30 dargestellt, die elliptische Auslaßöffnungen 69 in der Bodenschicht 62 besitzen. Mit einer auf diese Weise ausgebildeten Drallscheibe 30 lassen sich drallbehaftete Flachstrahlbilder erzeugen. Die Drallscheibe 30 nach Fig. 5 weist eine rotationssymmetrische Drallkammer 68 auf; die Drallscheibe 30 nach Fig. 6 besitzt dagegen eine elliptische Drallkammer 68, die der Kontur der Auslaßöffnung 69 angepaßt ist und für eine besonders gleichmäßige Strömung sorgt. Eine elliptische Drallkammer 68 wie in Fig. 6 läßt sich erzeugen, indem die zwei sich jeweils gegenüberliegenden Materialbereiche 61' mit gleicher Breite, aber unterschiedlicher Breite zu den anderen beiden Materialbereichen 61' ausgebildet werden, und zwar so, daß alle Enden 70 der Materialbereiche 61' den gleichen Abstand zur elliptischen Auslaßöffnung 69 haben.

Drallscheiben 30 mit spiralförmigen Materialbereichen 61' der Drallerzeugungsschicht 61 veranschaulichen die Fig. 7 und 8. Anstelle der stegartigen, vom Rand der Drallscheibe 30 beabstandeten Materialbereiche 61' der vorangegangen Ausführungsbeispiele liegen die zwei (Fig. 7) bzw. vier (Fig. 8) Materialbereiche 61' vom äußeren Rand ausgehend spiralförmig gedreht vor. Dabei weisen die Drallkanäle 66 besonders bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel in Strömungsrichtung eine Querschnittsverengung auf, um Strömungsverluste zu reduzieren, da die engste Stelle auf eine kurze Lauflänge begrenzt ist. Zugleich bewirkt eine derartige Ausbildung eine weniger turbulente Strömung und damit einen geringeren Strömungswiderstand. Die Geometrie des stromabwärts der Auslaßöffnung 69 gebildeten Spritzkegels wird von der Drallgeschwindigkeit des Fluids bestimmt. Höhere Drallgeschwindigkeiten bewirken Spritzkegel mit größeren Spraywinkeln. Auch durch das Verhältnis der Durchmesser von Drallkammer 68 und Auslaßöffnung 69 sowie durch den Drallkanalquerschnitt lassen sich die Drallgeschwindigkeiten einstellen.

Wie bereits erwähnt ist es in verschiedenen Anwendungsbereichen von Lochscheiben allgemein und Drallscheiben im besonderen wünschenswert, geneigte Strahlbilder mit einem Winkel γ zur Längsachse zu erzeugen. Für die Benzindirekteinspritzung sind beispielsweise aufgrund von bestimmten Einbaubedingungen unmittelbar am Brennraum Einspritzventile von Vorteil, die ein zur Ventillängsachse 8 schräg geneigtes Spray abspritzen. Dabei soll in einer möglichen Variante z. B. ein drallbehaftetes, möglichst rotationssymmetrisches Hohlkegelspray mit einer Gleichverteilung über den Hohlkegelumfang erzeugt werden. Bei bekannten Drallscheiben oder Drallvorsätzen ist ein derartiges Abspritzen nur durch schräg verlaufende Austrittslöcher in nachgeordneten Abspritzbauteilen möglich.

Ein wesentlicher Punkt vorliegender Erfindung besteht nun darin, Geometrien für die Drallscheibe 30 gefunden zu haben, mit der das oben angegebene Ziel sehr einfach erreicht wird. Dabei ist zu beachten, daß die mittels Multilayergalvanik hergestellte Drallscheibe 30 aufgrund der Herstellungstechnologie nur weitgehend senkrechte Wandungen aufweist, mit denen isoliert die Wandungen betrachtet noch keine schräge Abspritzung möglich scheint. In vorteilhafter Weise wird jedoch mit den senkrechten Wandungen in der Drallscheibe 30 durch die Asymmetrie in der Konturgebung in wenigstens einer der Schichten der Drallscheibe 30 eine Schrägabspritzung gewährleistet, und außerdem ist es von Vorteil, daß auf nachgeschaltete, feinmechanisch hergestellte Bauteile verzichtet werden kann, in die natürlich problemlos ein schräg verlaufendes Spritzloch einbringbar wäre. Zur Verstärkung des bereits mit der Drallscheibe 30 erzielten Effekts bzw. zur Abstützung oder einfachen Befestigung der Drallscheibe 30 sind allerdings selbstverständlich nachgeschaltete Bauteile, wie Spritzlochscheiben, denkbar (siehe Fig. 12).

In Fig. 9 ist eine erfindungsgemäße Drallscheibe 30 dargestellt, mit der trotz senkrechter Wandungen aller Öffnungsbereiche ein Spray erzeugt werden kann, das schräg geneigt zur Symmetrieachse der Drallscheibe 30 verläuft und z. B. eine Gleichverteilung über den Umfang des Hohlkegels aufweist. In der mittleren Drallerzeugungsschicht 61 sind vier Materialbereiche 61' vorgesehen, die allesamt eine voneinander abweichende Kontur besitzen. Zwischen den Materialbereichen 61' sind vier Drallkanäle 66 ausgebildet, die sich aufgrund der Konturunterschiede der Materialbereiche 61' durch eine jeweils andere Lage bezüglich der Drallkammer 68 auszeichnen und deshalb mit I bis IV gekennzeichnet sind. Die vier Drallkanäle 66 müssen mit ihrer Ausrichtung im abzuspritzenden Fluid verschieden große Verhältnisse zwischen Drallgeschwindigkeits- und Radialgeschwindigkeitsanteil erzeugen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt der Radialgeschwindigkeitsanteil von Drallkanal 66-I bis zu Drallkanal 66-IV kontinuierlich ab, während der Drallgeschwindigkeitsanteil kontinuierlich von Drallkanal 66-I bis zu Drallkanal 66-IV zunimmt. In vorteilhafter Weise ist die Auslaßöffnung 69 bei diesem Beispiel elliptisch ausgebildet und in axialer Richtung möglichst kurz. Während der erste Drallkanal 66-I weitgehend auf das Zentrum der elliptischen Auslaßöffnung 69 ausgerichtet ist, nimmt diese radiale Ausrichtung bei dem Beispiel nach Fig. 9 im Uhrzeigersinn ab, bis der vierte Drallkanal 66-IV tangential an der Auslaßöffnung 69 vorbei gerichtet ist. Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel würde ein abzuspritzendes Spray bei einer Abspritzrichtung in die Zeichnungsebene hinein schräg geneigt nach links zwischen den Drallkanälen 66-III und 66-IV austreten. Diese Strahlausrichtung ist mit einem Pfeil und γ gekennzeichnet, wobei γ auf einen Winkel des Sprays zur Symmetrieachse der Drallscheibe 30 hindeutet.

Es soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß ein rotationssymmetrisches Hohlkegelspray mit einer Gleichverteilung über den Hohlkegelumfang nur eine hier näher beschriebene Sprayform für die Schrägabspritzung darstellt, aber die bereits in der Beschreibungseinleitung aufgeführten anderen Sprayformen, also auch solche, die Ungleichverteilungen und Strähnen aufweisen, ebenfalls durch entsprechende asymmetrische Konturgebung in der Drallscheibe 30 erzeugbar sind.

Eine Drallscheibe 30 mit weiteren besonderen Merkmalen, die noch kein anderes Ausführungsbeispiel beinhaltet, zeigt Fig. 10. Eine erste Besonderheit besteht darin, daß die beiden unteren Schichten 61 und 62 einen gleich großen Außendurchmesser besitzen, wobei die mittlere Drallerzeugungsschicht 61 nur einen einzigen zusammenhängenden Materialbereich 61' umfaßt. Die weitgehend tangential in die Drallkammer 68 mündenden Drallkanäle 66 stehen deshalb mit ihren der Drallkammer 68 abgewandten Einlaßbereichen 65 nicht mit dem äußeren Umfang der Drallscheibe 30 in Verbindung. Vielmehr verbleibt zwischen den Einlaßbereichen 65 der Drallkanäle 66 und dem äußeren Umfang der Drallscheibe 30 ein umlaufender Randbereich des Materialbereichs 61'. Mit dem Randbereich kann die Drallscheibe 30 besonders einfach an ihrem Umfang zur Befestigung geklemmt werden. Neben den bereits beschriebenen Beispielen von Drallscheiben 30 mit zwei oder vier Drallkanälen 66 soll anhand der Fig. 10 verdeutlicht werden, daß auch eine davon abweichende Anzahl von Drallkanälen 66 (z. B. sechs) mit der Multilayergalvanik herstellbar ist.

Neben der Ausbildung der Einlaßbereiche 65 mit einer weitgehend rechteckförmigen oder quadratischen Kontur kann es auch von Vorteil sein, die Drallkanäle 66 mit ihren Einlaßbereichen 65 hakenförmig abgeknickt auszubilden (nicht gezeigt). Der in die Einlaßbereiche 65 einströmende Brennstoff kann turbulenzarm in die Drallkanäle 66 eintreten, wodurch ein weitgehend störungsfreier Drall erzeugbar ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der in der Zeichnungsebene liegende Einströmquerschnitt der Einlaßbereiche 65, der entscheidend von der Überdeckung der Deckelschicht 60 bestimmt wird, kleiner ist als der Drallkanalquerschnitt, der sich senkrecht zur Zeichnungsebene ergibt und durch die Höhe und Breite des Drallkanals 66 bestimmt wird. Die Einlaßbereiche 65 sind so eine Vordrossel und der durchflußbestimmende Querschnitt der Drallscheibe 30.

In Fig. 11 ist eines von unzählig möglichen mit der Multilayergalvanik herstellbaren Ausführungsbeispielen einer Drallscheibe 30 dargestellt, die zusätzlich zu den Materialbereichen 61' zur Bildung der Drallkanäle 66 und zur Festlegung der Kontur und Größe der Drallkammer 68 weitere Materialbereiche 61'' innerhalb der Drallkammer 68 in der Drallerzeugungsschicht 61 aufweisen. Diese zusätzlichen Materialbereiche 61'' können gezielt so angeordnet werden, daß ein schräg zur Symmetrieachse der Drallscheibe 30 geneigtes Spray abgespritzt wird, und zwar bei dem in Fig. 11 gezeigten Beispiel in der mit dem Pfeil und γ angegebenen Richtung. Eine solche Schrägabspritzung wird erreicht, indem ein oder mehrere sichel- oder bogenförmige (Fig. 11) oder nicht gezeigte rechteckförmige, dreieckförmige, quadratische oder ähnliche Konturen aufweisende Materialbereiche 61'' in der Drallkammer 68 plaziert werden. Im dargestellten Beispiel bildet der bogenförmige Materialbereich 61'' eine Strömungsbarriere zur Auslaßöffnung 69 hin, so daß das Fluid besonders stark und drallbehaftet von der der Strömungsbarriere gegenüberliegenden Seite in die Auslaßöffnung 69 eintreten kann und weshalb die Schrägabspritzung zum Materialbereich 61'' hin gerichtet ist (Pfeil γ). Mit der Multilayergalvanik sind beliebige Konturen der Materialbereiche 61'' in der Drallkammer 68 erzeugbar.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine besondere Materialwahl der einzelnen Schichten 60, 61, 62 der Drallscheibe 30. Mit der Multilayergalvanik ist es problemlos möglich, verschiedene Metalle (Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu) aufeinander abzuscheiden, wobei jedoch innerhalb eines Galvanikschrittes nur ein Metall abgeschieden wird. Mit Hilfe dieser Flexibilität bei der Materialauswahl läßt sich eine vorteilhafte Abdichtung der Drallscheibe 30 beim Einbau in einer Abspritzvorrichtung, insbesondere an einem Brennstoffeinspritzventil realisieren. Während die Deckelschicht 60 und die Bodenschicht 62 aus einem härteren Galvanikmaterial (z. B. NiCo) aufgebaut sind, ist die mittlere Drallerzeugungsschicht 61 aus einem weicheren Galvanikmaterial (z. B. Ni) abgeschieden. Bei der Herstellung wird von Galvanikschicht zu Galvanikschicht lediglich das Galvanikbecken von NiCo auf Ni und umgekehrt gewechselt. Die beiden Schichten 60 und 62 verleihen der Drallscheibe 30 wegen der höheren Materialfestigkeit des NiCo eine hohe Stabilität, die z. B. in Hochdruckeinspritzventilen aufgrund der hohen Druckbelastung erforderlich ist. Neben den bereits erwähnten Materialbereichen 61' zur Bildung der Drallkanäle 66 weist die Drallerzeugungsschicht 61 einen weiteren äußeren ringförmigen Materialbereich 75 auf.

Der Materialbereich 75 läuft am Umfang der Drallscheibe 30 ununterbrochen um und dient dabei als Dichtelement. Da die obere Deckelschicht 60 einen kleineren Durchmesser besitzt als die darunterliegenden Schichten 61 und 62, liegt der äußere Materialbereich 75 nach oben hin unabgedeckt vor. Mit diesem Materialbereich 75 liegt die Drallscheibe 30 beispielsweise in einer Ausnehmung des Ventilsitzelements 26 dichtend an, wie es Fig. 12 verdeutlicht. Das weiche Material (Ni) des Bereichs 75 erlaubt einen großen Stauchweg bei relativ niedrigen mechanischen Spannungen innerhalb des Materialbereichs 75. Der Stauchweg erlaubt das formschlüssige Anliegen der oberen Dichtfläche des Materialbereichs 75 an der Oberfläche des harten Ventilsitzelements 26, wodurch die Abdichtfunktion gewährleistet ist. In vorteilhafter Weise kann bei einer solchen Ausgestaltung auf separate Dichtelemente verzichtet werden. Eine ausreichende bleibende Anpreßkraft des Materialbereichs 75 am Ventilsitzelement 26 wird z. B. dadurch erzielt, indem stromabwärts der Drallscheibe 30 eine Spritzlochscheibe 76 angeordnet ist, die beispielsweise mit einer Schweißnaht 77 fest mit dem Ventilsitzelement 26 verbunden ist und die Drallscheibe 30 abstützt. Die Spritzlochscheibe 76 weist z. B. ein schräg zur Ventillängsachse 8 geneigtes Abspritzloch 78 auf, um die bereits mehrfach erwähnte Schrägabspritzung zu realisieren.

Grundsätzlich ist es denkbar, mehrere Drallscheiben 30 als Sandwichpaket aufeinanderaufzubauen.

Claims (49)

1. Drallscheibe, insbesondere für Einspritzventile, aus wenigstens einem metallischen Material, mit einem vollständigen Durchgang für ein Fluid, mit wenigstens einem Einlaßbereich (65) und wenigstens einer Auslaßöffnung (69), wobei die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, mit wenigstens zwei Drallkanälen (66), die in eine Drallkammer (68) münden, wobei die Drallkammer (68) in einer mittleren Drallerzeugungsschicht (61) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine obere Schicht als Deckelschicht (60) ausgebildet ist, die über ihre gesamte Querschnittsfläche eine geschlossene Schicht ohne Öffnungskonturen darstellt,
• - die Deckelschicht (60) die unter ihr liegende Drallkammer (68) vollständig abdeckt und
• - die Schichten der Drallscheibe (30) mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.

2. Drallscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Drallerzeugungsschicht (61) von mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Materialbereichen (61') gebildet wird, die aufgrund ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer (68) und der Drallkanäle (66) vorgeben.

3. Drallscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Materialbereiche (61') die Drallerzeugungsschicht (61) bilden, so daß zwischen ihnen eine Drallkammer (68) und vier Drallkanäle (66) entstehen.

4. Drallscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Materialbereiche (61') vom Außendurchmesser der unteren Bodenschicht (62) aus nach innen zur Drallkammer (68) hin erstrecken.

5. Drallscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Materialbereiche (61') mit einem Abstand vom äußeren Umfang der unteren Bodenschicht (62), die den Außendurchmesser der gesamten Drallscheibe (30) festlegt, erstrecken.

6. Drallscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') stegartig verlaufen.

7. Drallscheibe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') an ihren der Drallkammer (68) zugewandten Enden (70) schaufelförmig abgerundet sind.

8. Drallscheibe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') derart angeordnet sind, daß sie eine kreisförmige, elliptische oder polygonale oder eine Mischform daraus aufweisende Drallkammer (68) begrenzen.

9. Drallscheibe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') spiralförmig verlaufen.

10. Drallscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Materialbereichen (61') eingeschlossenen Drallkanäle (66) in Strömungsrichtung eine Querschnittsverengung aufweisen.

11. Drallscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') derart voneinander abweichend ausgeformt sind, daß sämtliche Drallkanäle (66) eine andere Ausrichtung bezüglich der Symmetrieachse der Drallscheibe (30) haben.

12. Drallscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß über ihren Umfang gesehen die Drallkanäle (66) derart verlaufen, daß sich ihre Radialausrichtungen sowie ihre tangentialen Drallausrichtungen gegensinnig kontinuierlich verändern.

13. Drallscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Drallerzeugungsschicht (61) von einem einzigen zusammenhängenden Materialbereich (61') gebildet wird, der aufgrund seiner Geometrie die Konturen der Drallkammer (68) und der Drallkanäle (66) vorgibt.

14. Drallscheibe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialbereich (61') mit dem gleichen Außendurchmesser ausgebildet ist wie die untere Bodenschicht (62)

15. Drallscheibe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (66) an ihren der Drallkammer (68) abgewandten Enden Einlaßbereiche (65) besitzen, die durch einen umlaufenden Randbereich des Materialbereichs (61') vom äußeren Umfang der Drallscheibe (30) beabstandet sind.

16. Drallscheibe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Einströmquerschnitt des freien, unabgedeckten Einlaßbereichs (65) kleiner ist als der kleinste vertikale Drallkanalquerschnitt eines jeden Drallkanals (66) der Drallscheibe (30).

17. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Drallkammer (68) Materialbereiche (61'') zur Strömungsbeeinflussung vorgesehen sind.

18. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei unterschiedliche Materialien für den Aufbau der Schichten (60, 61, 62) zum Einsatz kommen.

19. Drallscheibe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelschicht (60) und die Bodenschicht (62) aus einem härteren Galvanikmaterial bestehen als die dazwischenliegende Drallerzeugungsschicht (61).

20. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) kreisförmig, elliptisch oder mehreckig oder als Mischform daraus ausgebildet ist.

21. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) mittig oder außermittig zur Symmetrieachse der Drallscheibe (30) eingebracht ist.

22. Drallscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckelschicht (60) einen kleineren Außendurchmesser als die untere Bodenschicht (62) aufweist.

23. Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventillängsachse (8), mit einem Aktuator (1, 2, 14, 18, 19), mit einem beweglichen Ventilteil (20), das zum Öffnen und Schließen des Ventils mit einem festen Ventilsitz (27) zusammenwirkt, der an einem Ventilsitzelement (26) ausgebildet ist, und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes (27) angeordneten Drallscheibe (30), die einen mehrschichtigen Aufbau besitzt und die aus wenigstens einem metallischen Material besteht und die sowohl wenigstens einen Einlaßbereich (65) als auch wenigstens eine Auslaßöffnung (69) hat, wobei die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in einer unteren Bodenschicht (62) eingebracht ist, und die eine Drallkammer (68) und wenigstens zwei in sie mündende Drallkanäle (66) stromaufwärts der Auslaßöffnung (69) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Drallscheibe (30) eine obere Schicht als Deckelschicht (60) aufweist, die über ihre gesamte Querschnittsfläche eine geschlossene Schicht ohne Öffnungskonturen darstellt,
• - die Deckelschicht (60) die unter ihr liegende Drallkammer (68) vollständig abdeckt und
• - die Schichten der Drallscheibe (30) mittels galvanischer Metallabscheidung (Multilayergalvanik) unmittelbar haftfest aufeinander aufgebaut sind.

24. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Drallerzeugungsschicht (61) der Drallscheibe (30) von mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Materialbereichen (61') gebildet wird, die aufgrund ihrer geometrischen Lage zueinander die Konturen der Drallkammer (68) und der Drallkanäle (66) vorgeben.

25. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß vier Materialbereiche (61') die Drallerzeugungsschicht (61) bilden, so daß zwischen ihnen eine Drallkammer (68) und vier Drallkanäle (66) entstehen.

26. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Materialbereiche (61') vom Außendurchmesser der unteren Bodenschicht (62) aus nach innen zur Drallkammer (68) hin erstrecken.

27. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Materialbereiche (61') mit einem Abstand vom äußeren Umfang der unteren Bodenschicht (62), die den Außendurchmesser der gesamten Drallscheibe (30) festlegt, erstrecken.

28. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') stegartig verlaufen.

29. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') an ihren der Drallkammer (68) zugewandten Enden (70) schaufelförmig abgerundet sind.

30. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') derart angeordnet sind, daß sie eine kreisförmige, elliptische oder polygonale oder eine Mischform daraus aufweisende Drallkammer (68) begrenzen.

31. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') spiralförmig verlaufen.

32. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Materialbereichen (61') eingeschlossenen Drallkanäle (66) in Strömungsrichtung eine Querschnittsverengung aufweisen.

33. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbereiche (61') derart voneinander abweichend ausgeformt sind, daß sämtliche Drallkanäle (66) eine andere Ausrichtung bezüglich der Symmetrieachse der Drallscheibe (30) haben.

34. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß über ihren Umfang gesehen die Drallkanäle (66) derart verlaufen, daß sich ihre Radialausrichtungen sowie ihre tangentialen Drallausrichtungen gegensinnig kontinuierlich verändern.

35. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Drallerzeugungsschicht (61) der Drallscheibe (30) von einem einzigen zusammenhängenden Materialbereich (61') gebildet wird, der aufgrund seiner Geometrie die Konturen der Drallkammer (68) und der Drallkanäle (66) vorgibt.

36. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialbereich (61') mit dem gleichen Außendurchmesser ausgebildet ist wie die untere Bodenschicht (62).

37. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (66) an ihren der Drallkammer (68) abgewandten Enden Einlaßbereiche (65) besitzen, die durch einen umlaufenden Randbereich des Materialbereichs (61') vom äußeren Umfang der Drallscheibe (30) beabstandet sind.

38. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Einströmquerschnitt des freien, unabgedeckten Einlaßbereichs (65) kleiner ist als der kleinste vertikale Drallkanalquerschnitt eines jeden Drallkanals (66) der Drallscheibe (30).

39. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Drallkammer (68) Materialbereiche (61'') zur Strömungsbeeinflussung vorgesehen sind.

40. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei unterschiedliche Materialien für den Aufbau der Schichten (60, 61, 62) zum Einsatz kommen.

41. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelschicht (60) und die Bodenschicht (62) aus einem härteren Galvanikmaterial bestehen als die dazwischenliegende Drallerzeugungsschicht (61).

42. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) kreisförmig, elliptisch oder mehreckig oder als Mischform daraus ausgebildet ist.

43. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Auslaßöffnung (69) in der Bodenschicht (62) mittig oder außermittig zur Symmetrieachse der Drallscheibe (30) eingebracht ist.

44. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckelschicht (60) einen kleineren Außendurchmesser als die untere Bodenschicht (62) aufweist.

45. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (30) derart mit wenigstens einem Materialbereich (75) ausgebildet ist, daß mit diesem Materialbereich (75) eine Abdichtung gegenüber dem Ventilsitzelement (26) erfolgt.

46. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (30) mittels Schweißen, Kleben oder Klemmen in einem stromabwärts des Ventilsitzelements (26) angeordneten Halteelement (55) befestigt ist.

47. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (55) eine Spritzlochscheibe (76) ist.

48. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (30) mittels Schweißen, Kleben oder Klemmen in einem Ventilsitzträger (21) befestigt ist.

49. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 23 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drallscheiben (30) als Sandwichpaket aufeinandergebaut sind.