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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Injektor-Bauteil für einen Kraftstoff-Injektor
zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor,
gemäß Anspruch
7, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Injektor-Bauteils gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 8.
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So
genannte Haltekörper
(Gehäuseteil)
von Kraftstoff-Injektoren sind üblicherweise
mit mindestens zwei sich in axialer Richtung erstreckenden Kraftstoffkanälen versehen,
wobei einer der Kraftstoffkanäle
als Hochdruckkanal zum Zuführen
von unter Raildruck stehendem Kraftstoff und der andere Kraftstoffkanal
als Niederdruckkanal ausgelegt ist, über den eine Steuermenge und/oder
eine Leckagemenge an Kraftstoff zu einer Rücklaufleitung und über diese
zum Kraftstofftank strömen
kann. Bei heutigen Kraftstoff-Injektor-Geometrien können durch eine
vom Motorhersteller vorgegebene Motor- bzw. Zylinderkopfeinbauposition
nahezu unlösbare
konstruktive Probleme auftreten, dergestalt, dass es äußerst schwierig
ist, die Druckschwellfestigkeit des Injektor-Bauteils zu gewährleisten,
da Mindestwandstärken
nahezu nicht einhaltbar sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Injektor-Bauteil
vorzuschlagen, bei dem Mindestwandstärken zur Gewährleistung
einer Druckschwellfestigkeit auf einfache Weise eingehalten werden
können.
Ferner besteht die Aufgabe darin, einen Kraftstoff-Injektor mit
einem derartigen, insbesondere als Haltekörper (Gehäuseteil) ausgebildeten, Injektor-Bauteil
anzugeben. Darüber
hinaus be steht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Herstellen eines
derartigen Injektor-Bauteils
bzw. zum Anpassen eines Injektor-Bauteils an Konstruktionsvorgaben
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Injektor-Bauteils mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, hinsichtlich des Kraftstoff-Injektors mit den Merkmalen
des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Herstellverfahrens mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen vorrichtungsgemäß offenbarte
Merkmale als verfahrensgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Injektor-Bauteil durch
Tordieren an die gewünschte
Einbauposition unter Einhaltung von Mindestwandstärken anzupassen.
Anders ausgedrückt
handelt es sich bei dem fertigen Injektor-Bauteil um ein in Umfangsrichtung
tordiertes Bauteil, das durch Tordieren eines Rohlings hergestellt
wird. Durch das Tordieren um eine Längsachse ändert sich der Abstand des
mindestens einen, sich vorzugsweise in axialer Richtung erstreckenden
Kraftstoffkanals zur Umfangswand nicht, mit der Folge, dass die
Anpassung der Injektor-Bauteil-Geometrie durch Tordieren keinen
Einfluss auf die einzuhaltende Wandstärke hat.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn es sich bei dem mindestens einen Kraftstoffkanal
um einen Hochdruckkanal handelt, der ausgelegt ist, um Kraftstoffdrücken von
mehr als 1600bar, vorzugsweise von mehr als 2000bar oder darüber, standzuhalten. Anders
ausgedrückt
wird die Mindestwandstärke,
d. h. der Abstand zwischen dem Innenumfang des Kraftstoffkanals
und dem Außenumfang
des Injektor-Bauteils oder einer Kavität innerhalb des Injektor-Bauteils
derart gewählt,
dass der, vorzugsweise durch Bohren, hergestellte bzw. eingebrachte
Kanal den vorerwähnten
Kraftstoffdrücken
im Betrieb des Kraftstoff-Injektors standhält.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
stirnseitigen Schnittstellen des Injektor-Bauteils, wie ein Niederdruckanschluss,
ein Hoch druckanschluss bzw. entsprechende Kanalmündungsöffnungen und/oder ein elektrischer
Anschluss vor und nach dem Tordiervorgang dieselbe Position einnehmen.
Anders ausgedrückt
wird das Injektor-Bauteil lediglich in einem mittleren Abschnitt tordiert,
so dass die Stirnseiten des Injektor-Bauteils ihre jeweilige Umfangsposition
einhalten. Hieraus wird der Kraftstoff-Injektor vor dem Tordieren
an zwei axial voneinander beabstandeten Stellen (Axialpositionen)
eingespannt und dazwischen in Umfangsrichtung tordierkraftbeaufschlagt.
Ein beliebiger, von den Stirnseiten axial beabstandeter Punkt am
Umfang des Injektor-Bauteils kann durch Tordieren jede beliebige
Winkellage zu den Schnittstellen bzw. Schnittstellenkoordinaten
des Kraftstoff-Injektors einnehmen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der zum erleichterten Tordieren des Injektorkörpers, d.
h. zum Einleiten einer Tordierkraft, mindestens ein, vorzugsweise
mit Axialabstand zu den Stirnseiten des Injektor-Bauteils, angeordnetes Schlüsselflächenpaar
vorgesehen ist. Durch Angreifen eines entsprechenden Tordierwerkzeugs,
insbesondere eines automatisch aktuierten Schraubenschlüssels, kann
der Rohling zum Herstellen des Injektor-Bauteils, vorzugsweise unter
Fixierung der Umfangsposition der Stirnseiten um den gewünschten
Umfangswinkel in Umfangsrichtung tordiert werden. Besonders bevorzugt
ist es, zwei, insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnete,
Schlüsselflächenpaare
vorzusehen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der das Injektor-Bauteil als Drehteil, also als ein bei Rotation
spanend bearbeitetes Bauteil ausgebildet ist, welches bevorzugt
von einer Rohlings-Stangenware gefertigt wird.
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Die
Erfindung führt
auch auf einen Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen
Common-Rail-Injektor, mit einem wie zuvor beschrieben ausgebildeten
Injektor-Bauteil.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Injektor-Bauteil um den so genannten
Haltekörper
des Kraftstoff-Injektors, der stirnseitig mindestens eine Mündungsöffnung sowie elektrische
Anschlüsse
zum Anschließen
eines Piezoaktors oder eines elektromagnetischen Aktors aufweist.
Mit dem Haltekörper
ist im montierten Zustand des Kraftstoff-Injektors ein, mindestens
ein Düsenloch
aufweisender Düsenkörper verspannt.
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Die
Erfindung führt
auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines, vorzugsweise wie zuvor
beschrieben ausgebildeten, Injektor-Bauteils. Kern der Erfindung
ist es, einen Rohling, also das Injektor-Bauteil vor seiner endgültigen Fertigstellung,
zu tordieren, um somit ein an die vorgegebene Einbauposition optimal
angepasstes Injektor-Bauteil zu erhalten. Dabei erfolgt das Tordieren
bevorzugt vor dem Einbringen des mindestens einen, sich vorzugsweise
in axialer Richtung erstreckenden Kraftstoffkanals, um dem Kraftstoffkanal
einen gekrümmten
Verlauf zu verleihen – unter
Beibehaltung einer Mindestwandstärke.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass vor
oder nach dem Einbringen des Krafstoffkanals mindestens ein Schlüsselflächenpaar gefertigt
wird, vorzugsweise in einem mittleren Bereich, bezogen auf die Längserstreckung
des Kraftstoff-Injektors. An dem Schlüsselflächenpaar kann ein entsprechendes
Tordierwerkzeug angreifen, wobei besonders bevorzugt der Rohling
vor dem Tordieren an zwei axial voneinander beabstandeten Positionen
fest eingespannt wird.
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Weiter
bevorzugt ist es, wenn der Rohling vor oder nach dem Einbringen
des Kraftstoffkanals bei einer Rotation spanend bearbeitet, also
gedreht wird. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform
des Verfahrens, bei der der Rohling derart tordiert wird, dass beide
voneinander abgewandten Stirnseiten und damit die dort angeordneten
Schnittstellen bzw. Schnittstellenkoordinaten vor und nach dem Tordieren
die selbe Relativposition zueinander haben, d. h. nicht in Umfangsrichtung
verdreht werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden,
dass der Rohling an beiden Endseiten fest eingespannt und der Rohling
in einem mittleren Bereich, vorzugsweise an Schlüsselflächen, in Umfangsrichtung tordiert
wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen.
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Diese
zeigen in:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines zylindrischen, als Haltekörper ausgebildeten
Injektor-Bauteils, wobei aus der Darstellung der Zustand vor und
nach dem Tordieren ersichtlich ist,
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2a eine
teilgeschnittene Ansicht eines Rohlings zur Herstellung eines Injektor-Bauteils,
also das noch nicht tordierte Injektor-Bauteil mit einem sich in axialer Richtung
erstreckenden Kanal,
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2b eine
Schnittansicht des Rohlings entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2a,
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3a den
fertig gestellten Kraftstoff-Injektor, also den tordierten Rohling,
und
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3b eine
Schnittansicht des Injektor-Bauteils entlang der Schnittlinie B-B
gemäß 3a.
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In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein als Haltekörper
ausgebildetes Injektor-Bauteil 1 zum Einbau in einen ansonsten
bekannten Kraftstoff-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in
einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Das Injektor-Bauteil 1 wurde
aus einer zylindrischen, gedrehten Stange gefertigt. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
in dem Injektor-Bauteil 1 gemäß 1 lediglich
ein einziger Kraftstoffkanal 2 dargestellt. Das Injektor-Bauteil 1 ist,
wie durch die Pfeile 3 angedeutet, in Umfangsrichtung tordiert.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist der Kraftstoffkanal nach dem
Tordieren und mit dem Bezugszeichen 2' in dem dann noch nicht fertigen
Injektor-Bauteil 1, d. h. im Rohling, vor dem Tordieren
gezeigt. Sowohl vor als auch nach dem Tordieren erstreckt sich der
Kraftstoffkanal 2, 2' in axialer Richtung, wobei der
Kraftstoffkanal 2' vor dem
Tordieren in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als
durchgehende geradlinige Axialbohrung ausgebildet ist, wohin gegen
der Kraftstoffkanal 2 nach dem Tordieren durch den Tordiervorgang
einen gekrümmten
Verlauf erhält.
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Das
Injektor-Bauteil 1 ist mit einem Schlüsselflächenpaar 4, umfassend
zwei parallele Schlüsselflächen, ausgestattet,
wobei das mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnete Schlüsselflächenpaar
die Umfangsposition nach dem Tordiervorgang und das mit 4' gekennzeichnete
Schlüsselflächenpaar
die Umfangsposition desselben vor dem Tordiervorgang zeigt.
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Durch
Tordieren des Injektor-Bauteils 1 bzw. des Rohlings wird,
wie vorerwähnt,
ein gekrümmter Verlauf
des Kraftstoffkanals 2 eingestellt, ohne dass sich der
Abstand (Radialabstand) zwischen dem Kraftstoffkanal 2 und
dem Schlüsselflächenpaar 4 verändern würde. Anders
ausgedrückt
bleibt die Wandstärke
des Kraftstoffkanals 2 während des Tordierens konstant.
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Wie
sich weiter aus 1 ergibt, wurden die beiden
voneinander abgewandten axialen Stirnseiten 5, 6 des
Injektor-Bauteils 1 durch den Tordiervorgang nicht relativ
zueinander verdreht. Vielmehr weisen die Stirnseiten 5, 6 die
gleiche Relativposition zueinander auf, was dazu führt, dass
die beiden voneinander abgewandten, stirnseitigen Mündungsöffnungen 7, 8 vor
und nach dem Tordieren jeweils an der selben Umfangsposition angeordnet
sind und somit die selbe Relativposition zueinander einnehmen. Dies gilt
auch für
sämtliche,
aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellten, weiteren stirnseitigen Schnittstellen des Injektor-Bauteils 1.
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In 1 sind
weiter mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Haltepunkte
eingezeichnet, an denen das Injektor-Bauteil 1 bzw. der
Rohling 9 zum Tordieren eingespannt wird. In einem Bereich
axial zwischen den axial beabstandeten Haltepunkten 10 ergibt
sich somit ein Verdreh- bzw. Tordierbereich 11, wobei die
sich von dem Verdrehbereich 11 weg erstreckenden axialen
Endbereiche des Injektor-Bauteils 1 jenseits der Haltepunkte 10 nicht
verdreht wurden.
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In
den 2a und 2b ist
ein Rohling 9 gezeigt, der bereits drehend bearbeitet wurde
und in den bereits ein Schlüsselflächenpaar 4' mit Axialabstand
zu beiden Stirnseiten 5, 6 eingebracht ist.
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Wie
sich aus 2a ergibt, ist in dem Rohling 9 ein
Kraftstoffkanal 2' eingebracht,
der sich in axialer Richtung erstreckt, und der gebildet ist von zwei
Teilbohrungen 12, 13, wobei die untere Teilbohrung 12 winklig
zu einer Längsmittelachse
L des Injektor-Bauteils 1 und die obere, die untere Teilbohrung 12 anschneidende
Teilbohrung 13 parallel zur Längsmittelachse L verläuft.
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Wie
sich aus der in 2b dargestellten Schnittansicht
entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2a ergibt,
ist zwischen dem Kraftstoffkanal 2' und einer Schlüsselfläche des Schlüsselflächenpaares 4' eine Wanddicke
a realisiert. Ferner sind in 2b strichliert
weitere stirnseitige Schnittstellen 14 eingezeichnet.
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In
den 3a und 3b ist
das fertige Injektor-Bauteil 1 gezeigt. Dieses wurde durch
Tordieren des in den 2a und 2b gezeigten
Rohlings 9 um die Längsmittelachse
L in Pfeilrichtung 3 um 45° erhalten. Wie sich aus der
Schnittdarstellung gemäß 3b entlang
der Schnittlinie B-B gemäß 3a ergibt,
ist durch das Tordieren die Wandstärke a nicht verändert worden.
Sämtliche
stirnseitigen Schnittstellen 14 wurden nicht verdreht,
weisen also die selbe Umfangsposition vor dem Tordieren auf. Dies
ist darauf zurückzuführen, dass
der Rohling 9 nur in einem Verdrehbereich 11 zwischen
axial beabstandeten Haltepunkten 10 verdreht, d. h. tordiert wurde.