DE102012204302A1

DE102012204302A1 - Umspritztes Bauelement mit einem Dichtlabyrinth

Info

Publication number: DE102012204302A1
Application number: DE102012204302A
Authority: DE
Inventors: Ralf Kromer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-19
Also published as: US20150060574A1; JP2015510989A; EP2828517A1; CN104246206A; KR20140135991A; WO2013139546A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, umfassend ein Einlegeteil (2) und eine Umspritzung (3), die sich zumindest teilweise um das Einlegeteil (2) erstreckt, wobei das Einlegeteil (2) zumindest eine Nut (4) aufweist und die Nut (4) an mindestens einer Flanke (5, 6) eine Hinterschneidung (8) aufweist und die Umspritzung (3) die Nut (4) zumindest teilweise ausfüllt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement, das mit einem weiteren Werkstoff umspritzt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines umspritzen Bauelements sowie eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die ein erfindungsgemäßes umspritztes Bauteil umfasst.
Insbesondere mit Kunststoff umspritzte Bauelemente sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei hier stets das Problem auftritt, dass aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffiziente Mikrospalte zwischen dem Bauelement und der Umspritzung entstehen. Durch diese Undichtigkeiten können, gefördert durch die Kapillarwirkung, flüssige und gasförmige Medien zwischen Bauteil und Umspritzung eindringen und zu Korrosionen führen. Um diesem Problem zu begegnen, ist es vor allem bei Drehteilen bekannt, nach dem Prinzip der Labyrinthdichtung zwei oder drei gerade Einstiche in die zu umspritzende Fläche einzubringen. Jedoch hat sich auch hier gezeigt, dass aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten Mikrospalte entstehen, so dass keine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet werden kann.
Es ist jedoch gerade bei Bauelementen, die häufigen und großen Temperaturschwankungen unterliegen, wünschenswert, dass die Umspritzung dicht an dem Basisteil anliegt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Bauelement nach Anspruch 1 umfasst ein Einlegeteil und eine Umspritzung. Die Umspritzung erstreckt sich dabei zumindest teilweise um das Einlegeteil. Um das Eindringen von gasförmigen oder flüssigen Medien zwischen das Einlegeteil und die Umspritzung zu verhindern, weist das Einlegeteil zumindest eine Nut auf, wobei mindestens eine Flanke der Nut eine Hinterschneidung besitzt. Die Nut ist weiterhin zumindest teilweise von der Umspritzung ausgefüllt, um damit das Einlegeteil gegen die Umspritzung abzudichten. Durch den Hinterschnitt der Nut wird die Anbindung der Umspritzung an das Einlegeteil verbessert. Aufgrund dieser Verankerung der Umspritzung im Einlegeteil wird auch bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten oder bei wechselnden Temperatureinflüssen die Bildung von Mikrospalten verhindert und dadurch die Dichtigkeit gegenüber dem Stand der Technik erhöht.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Nut spiralförmig ausgeführt. Auf diese Weise wird der Fertigungsprozess vereinfacht, da die Spiralform in einem Arbeitsschritt erzeugt werden kann. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Nut in sich geschlossen, insbesondere ringförmig, ausgeführt ist. Bei dieser Alternative ist bevorzugt vorgesehen, dass mehrere Nuten parallel zueinander angeordnet sind. Daher erlaubt diese Variante vorwiegend bei kleinen zu umspritzenden Flächen einen optimalen Fertigungsprozess.
In vorteilhafter Weise wird die Hinterschneidung derart in zumindest eine der Flanken der Nut eingebracht, dass in einer Schnittansicht die Flanke und die Bodenfläche der Nut einen spitzen Winkel einnehmen. Insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass beide Flanken der Nut mit der Bodenfläche einen spitzen Winkel bilden. Die Bodenfläche der Nut muss dabei nicht zwangsläufig planar ausgebildet werden, sondern kann als gewinkelte Anordnung vorgesehen werden, insbesondere mit zwei zur Nutaußenseite gerichteten Bereichen der Bodenfläche. Mit einer solchen gewinkelten Anordnung wird die Verankerung der Umspritzung im Einlegeteil verbessert und somit die Dichtigkeit erhöht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Nut vollständig von der Umspritzung ausgefüllt ist. Da somit sämtliche Oberflächen der Nut von der Umspritzung abgedeckt sind, wird die erreichbare Dichtheit maximiert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Einlegeteil ein Drehteil. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Nut durch einen einfachen Montageschritt in das Einlegeteil eingebracht werden kann. Sowohl für die spiralförmige Nut als auch für die geschlossene, insbesondere ringförmige, Nut, ist das Drehen das optimale Fertigungsverfahren.
Bevorzugt wird das Einlegeteil aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Die Umspritzung hingegen besteht bevorzugt aus einem Kunststoff. In vorteilhafter Weise kann somit die Grundform eines metallischen Einlegeteils durch die Kunststoffumspritzung einfach und kostengünstig erweitert werden.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Umspritzten Bauelements, das die folgenden Schritte beinhaltet: Als Ausgangspunkt wird ein Einlegeteil bereitgestellt, in das eine Nut eingebracht wird. Die Nut weist dabei an mindestens einer Flanke eine Hinterschneidung auf. Anschließend wird das Einlegeteil mit einem weiteren Werkstoff umspritzt, wobei die Umspritzung die eingebrachte Nut zumindest teilweise ausfüllt. Dabei wird der Werkstoff auch in die Hinterschneidungen der Nut gespritzt, wodurch die ausgehärtete Umspritzung an dem Einlegeteil verankert wird. Daher ist dieses Verfahren eine einfache Fertigungsmethode, mit der dicht umspritzte Bauelemente gefertigt werden können.
Bevorzugt wird die Nut spiralförmig oder ringförmig in die Mantelfläche des Einlegeteils eingebracht. Die Spiralform hat insbesondere bei langen Nuten den Vorteil, dass sie in einem kontinuierlichen Fertigungsschritt erzeugt werden kann. Die Ringform ist eine einfach zu fertigende Alternative, die bevorzugt bei geringen umspritzen Längen angewendet werden kann. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass mehrere ringförmige Nuten parallel zueinander in das Einlegeteil eingebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Nut mit einem Werkzeug in das Einlegeteil eingebracht, wobei das Werkzeug einen Schneidenversatz aufweist, der einem oder mehreren Nutabständen entspricht. Auf diese Weise kann sehr einfach eine Hinterschneidung an beiden Flanken der Nut realisiert werden. Als einfache und kostengünstige Alternative kann jedoch auch ein Werkzeug ohne Schneidenversatz verwendet werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 11. Dabei umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein erfindungsgemäßes Bauelement, wie es oben beschrieben wurde. Das erfindungsgemäße Bauelement wird vorteilhaft in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet, da hier ein Bauelement benötigt wird, das eine Kunststoffumspritzung aufweist, wobei die Kunststoffumspritzung stets dicht an dem Basisteil anliegen muss. Dabei wird das Bauelement großen Temperaturschwankungen ausgesetzt, die jedoch die Dichtigkeit zwischen Basisteil und Umspritzung nicht beeinträchtigen darf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht des Bauelements gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht einer Nut eines Bauelements gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
3 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der Nut aus 2,
4 eine schematische Darstellung eines Schneidevorgangs mit einem Werkzeug zum Einbringen der Nut in ein Einlegeteil gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
5 eine schematische Darstellung eines Einspritzventils, das das Bauelement gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung umfasst.
Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Bauelements 1, das ein Einlegeteil 2 und eine Umspritzung 3 umfasst. Das Einlegeteil 2 ist bevorzugt ein aus einem metallischen Werkstoff gefertigtes Drehteil, während die Umspritzung 3 bevorzugt aus einem Kunststoff besteht. Um eine Dichtigkeit zwischen dem Einlegeteil 2 und der Umspritzung 3 zu gewährleisten, ist eine Nut 4 an dem Einlegeteil 2 vorhanden. Diese Nut 4 kann entweder eine Spiralform aufweisen, oder ringförmig geschlossen sein. Um die Dichtigkeit zu verbessern, und den Halt der Umspritzung an dem Einlegeteil zu erhöhen, weist die Nut an zwei Flanken eine Hinterschneidung 8 auf, die von der Umspritzung ausgefüllt wird. Somit wird selbst bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Umspritzung 3 und Einlegeteil 2 eine sichere Verankerung und damit eine erhöhte Dichtigkeit zwischen Einlegeteil 2 und Umspritzung 3 erreicht.
Wie in 5 gezeigt, wird das Bauelement 1 bevorzugt in einem Einspritzventil 100 verwendet.
2 zeigt einen Überblick über die erfindungsgemäße Nut 4 innerhalb des Einlegeteils 2. Die Nut 4 weist eine Spiralform mit einem ersten Ende 41 und einem zweiten Ende 42 auf. Weiterhin weist die Nut 4 an zwei Flanken eine Hinterschneidung 8 auf, wobei am ersten Ende 41 und am zweiten Ende 42 die Hinterschneidung 8 nur noch an einer Fläche vorhanden ist.
3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Nut 4. Hieraus ist ersichtlich, dass die Nut 4 eine erste Flanke 5 und eine zweite Flanke 6 aufweist. Ferner weist die Nut 4 eine in Richtung Nutaußenseite geknickte Bodenfläche 7 auf. Die Bodenfläche weist daher einen ersten Bereich 71 und einen zweiten Bereich 72 auf, die zueinander einen Winkel γ einnehmen. Der Winkel γ nimmt insbesondere einen Wert von 120° an.
Eine Hinterschneidung 8 wurde sowohl an der ersten Flanke 5 als auch an der zweiten Flanke 6 der Nut 4 angebracht. Durch die Hinterschneidung 8 ergibt sich ein erster Winkel α zwischen der ersten Flanke 5 und dem ersten Bereich 71 der Bodenfläche 7 der Nut 4. Analog ergibt sich ein zweiter Winkel β zwischen der zweiten Flanke 6 und dem zweiten Bereich 72 der Bodenfläche 7. Die beiden Winkel α und β sind bevorzugt spitze Winkel, wobei sie insbesondere einen Wert von 60° annehmen. Bei der zuvor genannten Alternative mit nur einer Hinterschneidung, beispielsweise bei einem Einlegeelement 2 mit einer Nut 4, die eine Hinterschneidung nur an der ersten Flanke 5 aufweist, ist der zweite Winkel β gleich 90°.
4 zeigt die räumliche Darstellung eines Ausschnitts des Einlegeelements 2 mit der erfindungsgemäßen Nut 4. Beispielhaft ist zusätzlich ein Werkzeug 80 dargestellt, das einen Schneidenversatz von einer Nutlänge aufweist. Mit einem solchen Werkzeug ist es daher möglich, eine zweiseitige Hinterschneidung der Nut 4 zu fertigen. Eine erste Schneide 9 des Werkzeugs 80 fertigt die erste Hinterschneidung 8 an der ersten Flanke 5 der Nut 4. Gleichzeitig fertigt eine zweite Schneide 10 des Werkzeugs 9 die Hinterschneidung 8 an der zweiten Flanke 6 der Nut 4.
Das Werkzeug 80 wird idealer Weise zum Fertigen einer spiralförmigen Nut eingesetzt. Es ist ersichtlich, dass auf diese Weise die Nut 4 zusammen mit den Hinterschneidungen 8 an der ersten Flanke 5 und der zweiten Flanke 6 sehr einfach und kostengünstig eingebracht werden kann. Anschließend kann in die so erzeugte Nut 4 Kunststoff eingespritzt werden, so dass die Umspritzung 3 des Einlegeteils 2 in der Nut 4 verankert wird.

Claims

Bauelement, umfassend ein Einlegeteil (2) und eine Umspritzung (3), die sich zumindest teilweise um das Einlegeteil (2) erstreckt, wobei das Einlegeteil (2) zumindest eine Nut (4) aufweist und die Nut (4) an mindestens einer Flanke (5, 6) eine Hinterschneidung (8) aufweist und die Umspritzung (3) die Nut (4) zumindest teilweise ausfüllt.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Nut (4) spiralförmig ausgeführt ist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Nut (4) in sich geschlossen, insbesondere ringförmig, ausgeführt ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Flanken (5, 6) der Nut (4), insbesondere beide Flanken, mit einer Bodenfläche (7) der Nut (4) in Schnittansicht einen spitzen Winkel (α, β) bildet.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nut (4) vollständig von der Umspritzung (3) ausgefüllt ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (2) ein Drehteil ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (2) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist und/oder Umspritzung (3) aus Kunststoff besteht.
Verfahren zum Herstellen eines umspritzten Bauelements (1), umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Einlegeteils (2), – Einbringen einer Nut (4) mit einer Hinterschneidung (8) an mindestens einer Flanke (5) in eine Mantelfläche des Einlegeteils (2), und – Umspritzen zumindest eines Bereichs des Einlegeteils (2) mit einem weiteren Werkstoff, derart, dass der Werkstoff die Nut (4) zumindest teilweise ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Nut (4) spiralförmig oder ringförmig in die Mantelfläche des Einlegeteils (2) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Nut (4) mit einem Werkzeug (80) mit einem Schneidenversatz von einem oder mehreren Nutabständen eingebracht wird.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.