DE69013937T2 - Gratfreies Formen von Kanälen für eine Brennkraftmaschine. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen, genauer gesagt, ein Verfahren zur Herstellung von Komponenten von solchen Brennkraftmaschinen durch Formen aus Kunststoff. Durch die Erfindung wird die Ausbildung von Graten an den Schnittstellen von Kanälen innerhalb der Komponenten, wenn die sich schneidenden Kanäle durch unterschiedliche Kernstifte gebildet werden, die in den Formhohlraum eingesetzt werden, verhindert. Die Erfindung wird in Verbindung mit dem Formen von Kraftstoffkanälen in einer ein Kunststofformteil bildenden Kraftstoffschiene beschrieben.
• In der Praxis des Formens von Kraftstoffschienen für Brennkraftmaschinen aus Kunststoff werden Kraftstoffkanäle im Formteil hergestellt, indem Kernstifte in den Formhohlraum eingesetzt werden und das Teil um diese Kernstifte herum geformt wird. Wenn sich die Kanäle schneiden, ist ein separater Kernstift für jeden sich schneidenden Kanal angeordnet. Es ist dabei übliche Praxis gewesen, das Ende des einen Kernstiftes an jedem Schnittpunkt gegen die Seite eines anderen Kernstiftes stoßen zu lassen. Wenn Kunststoff unter hohem Druck in den Formhohlraum eingespritzt wird, kann er zwischen die aneinanderstoßenden und aneinandergestoßenen Kernstifte eindringen und einen verbleibenden dünnen Film oder Grat an der Schnittstelle der beiden Kraftstoffkanäle bilden. Ein solcher Grat kann den Kraftstoffdurchfluß von einem Kanal zum anderen beeinträchtigen. Wenn Kraftstoff in das Luft/Kraftstoff-System der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingeführt wird, kann ein solcher Grat in einem zur Einspritzvorrichtung führenden Kraftstoffkanal einen negativen Effekt auf die Genauigkeit der Kraftstoffeinspritzung haben. Es ist daher erforderlich, einen derartigen Grat durch zusätzliche Vorgänge zu entfernen, um das Formteil für den Verkauf geeignet zu machen. Bedauerlicherweise werden durch diese erforderlichen zusätzlichen Vorgänge die Herstellkosten erhöht. Auch wenn das Material des Grates von der Hauptkraftstoffschiene abgetrennt wird, kann es sich in irgendeinem anderen Teil des Kraftstoffsystems, d.h. einer Einspritzvorrichtung oder einem Regler, festsetzen.
• Selbst wenn man versucht, das Problem dadurch zu lösen, daß man eine enge Passung zwischen dem Ende des einen Kernstiftes und der Seite des anderen Kernstiftes herstellt, muß eine beträchtliche Axialkraft auf den einen Kernstift aufgebracht werden, was zu einer Verformung des Kernstiftes führen kann, wodurch die enge Passung beeinträchtigt wird, so daß sich ein derartiger Grat aller Wahrscheinlichkeit nach in jedem Fall bildet. Durch das wiederholte Verwenden einer Form entsteht darüber hinaus ein Kernstiftverschleiß, durch den das Gratproblem im Laufe der Fertigungsdauer vergrößert wird. Dieses Problem stellt ein ernsthaftes Hindernis in bezug auf eine erfolgreiche Ausbreitung von Kraftstoffschienen aus Kunststofformteilen in der Massenproduktion dar.
• Die US-A-4 240 498 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststofformteiles durch Anordnung eines ersten und zweiten Kernstiftes in einem Hohlraum, wobei der erste Kernstift ein erstes Schraubengewinde an einem, Ende aufweist, durch das Einführen von Kunststoff in den Hohlraum zur Ausbildung eines Formteiles um die Kernstifte herum und durch das Entfernen der Kernstifte und zum Öffnen des Hohlraumes. Die Veröffentlichung beschreibt jedoch kein komplementär ausgebildetes Schraubengewinde am zweiten Kernstift, in das das Schraubengewinde am ersten Kernstift eingeschraubt wird, um eine Dichtung zu erzeugen, die die Ausbildung von Graten an der Schnittstelle der Kernstifte verhindert.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, das das Gratproblem löst. Anstatt nur mit dem Ende eines Kernstiftes gegen die Seite eines anderen Kernstiftes zu stoßen, umfaßt die erfindungsgemäß offenbarte Lösung das Vorsehen eines Gewindevorsprungs am Ende des anstoßenden Kernstiftes und einer komplementären Gewindeausnehmung in der Seite des angestoßenen Kernstiftes und das Festschrauben des Endes des anstoßenden Kernstiftes in die Gewindeausnehmung in der Seite des angestoßenen Kernstiftes, um auf diese Weise zwischen den beiden Kernstiften eine Dichtung herzustellen. Diese Schraubengewindeverbindung erhöht die Größe der Kraft, mit der eine Schulter am anstoßenden Kernstift gegen den angestoßenen Kernstift gepreßt werden kann, stark, so daß somit eine äußerst wirksame Dichtung durch den Anschlag dieser Schulter gegen die Seite des angestoßenen Kernstiftes erzielt wird. Auf diese Weise wird die Ausbildung von Graten an der Schnittstelle der beiden Strömungskanäle im wesentlichen verhindert. Nach dem Formen der Kraftstoffschiene werden die Schraubverbindungen voneinander getrennt und die Kernstifte zurückgezogen, so daß das Formteil aus dem Formhohlraum entfernt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt einen signifikanten Schritt dar, um die Herstellung von Kraftstoffschienen aus Kunststofformteilen für eine Massenproduktion geeignet zu machen.
• Die vorstehend aufgezeigten Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen sowie den beigefügten Zeichnungen hervor. Von den Zeichnungen zeigen:
• Figur 1 eine Teilschnittansicht durch einen Abschnitt einer Kraftstoffschiene nach dem Formen, jedoch vor dem Auseinanderschrauben der Kernstifte, die zwei sich schneidende Kraftstoffkanäle bilden, und dem Herausziehen derselben aus dem Formteil;
• Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des im Kreis enthaltenen Abschnittes der Figur 1; und
• Figur 3 ein Blockdiagramm, das die Schritte bei einem beispielhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Teil einer Kraftstoffschiene 10 aus Kunststoff. Die Kraftstoffschiene umfaßt einen Hauptkraftstoffkanal 12, der eine Vielzahl von den Hauptkanal quer schneidenden Hilfskanälen 14 versorgt, die jeweils wiederum eine entsprechende elektromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht gezeigt) versorgen.
• Figur 1 zeigt einen Kanal 14, der zu einem Einspritzvorrichtungshohlraum 16 führt, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufnehmen kann. Wenn sich die Kraftstoffschiene im Gebrauch befindet, pumpt eine Pumpe (nicht gezeigt) Kraftstoff durch den Hauptkanal 12 und durch jeden Kanal 14 zu jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Einspritzvorrichtungen werden in zeitlich abgestimmter Weise durch eine elektronische Steuereinheit betätigt, um Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine, in der die Verbrennung stattfindet, einzuspritzen.
• Die Kraftstoffschiene 10 wird in einer Form geformt, die einen geeeignet geformten Hohlraum aufweist. Kernstifte 18 und 20 werden zur Ausbildung von entsprechenden Kanälen 12 und 14 verwendet. Ein Kernstift 22 dient zum Ausformen des Einspritzvorrichtungshohlraumes 16. Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Zustand entspricht der Situation, nachdem Kunststoff in den Hohlraum eingeführt worden ist, um die Kunststoffkraftstoffschiene zu formen, jedoch bevor die Kernstifte 18, 20 und 22 herausgezogen wurden.
• Der Kernstift 18 besitzt eine Länge, die sich senkrecht zur Ebene der Figuren 1 und 2 erstreckt. In seiner Seitenwand, die dem inneren Ende des Kernstiftes 20 gegenüberliegt, ist der Kernstift 18 mit einer kreisförmigen zylindrischen Ausnehmung 24 versehen, die ein Zurückspringen des Schraubengewindes 26 enthält. Das innere Ende des Kernstiftes 20 umfaßt einen kreisförmigen zylindrischen Vorsprung 28, der ein vorstehendes Schraubengewinde 30 aufweist. Wie man erkennen kann, ist der Gewindevorsprung 28 in die Gewindeausnehmung 24 eingeschraubt. Durch ein ausreichend starkes Festziehen der Gewindeverbindung wird eine Schulter 32 des Kernstiftes 20 gegen die Seitenwand des Kernstiftes 18 gepreßt, so daß auf diese Weise eine Dichtung zwischen der Schulter und der Seitenwand gebildet wird, die das Eindringen von Kunststoff durch die Dichtung und über diese hinaus verhindert. Mit anderen Worten, Kunststoff kann nicht zwischen die Schulter 32 und die Seitenwand des Kernstiftes 18 eindringen.
• Figur 3 zeigt die Schritte des beispielhaften Verfahrens. Im ersten Schritt 34 des Verfahrens werden die Formhälften geschlossen, so daß auf diese Weise der Formhohlraum ausgebildet wird. Im zweiten Schritt 36 werden die Kernstifte 22 in den Formhohlraum eingesetzt. Für den dritten Schritt 38 wird der Kernstift 18 axial in den Formhohlraum vorgeschoben, bis jede Gewindeausnehmung 26 zu einem entsprechenden Kernstift 20 ausgerichtet ist. Als nächstes werden die Kernstifte 20 für den Hilfskanal eingesetzt und mit entsprechenden Gewindeausnehmungen 24 im Kernstift 18 für den Hauptkraftstoffkanal verschraubt (Schritt 40). Man kann erkennen, daß die Gewindevorsprünge 28 koaxial zu den entsprechenden Kernstiften 20 verlaufen, so daß durch eine Drehung eines jeden Kernstiftes 20 sein Schraubengewinde 28 mit dem Schraubengewinde 26 der entsprechend ausgerichteten Ausnehmung 24 in Eingriff gebracht wird. Wie vorstehend erläutert, werden die Kernstifte 20 mit ausreichender Festigkeit in den Kernstift 18 geschraubt, so daß durch das Anstoßen einer jeden Schulter 32 gegen die Seitenwand des Kernstiftes 18 eine Dichtung gebildet wird. Obwohl eine quadratische Schulterdichtung dargestellt ist, kann auch eine kegelförmige oder kugelförmige Dichtung Anwendung finden, falls eine solche bevorzugt wird.
• Im nächsten Schritt 42 wird die Kraftstoffschiene geformt, indem Kunststoff in den Formhohlraum eingeführt wird. Es wird vorgeschlagen, daß hierzu jeder herkömmliche Formvorgang verwendet werden kann. Beispiele von solchen Verfahren sind Spritzgießen und Spritzpressen. Wenn das Formteil ausreichend verfestigt ist, werden die Kernstifte 20 aus dem Kernstift 18 herausgeschraubt und axial zurückgezogen (Schritt 44). Danach werden der Kernstift 18 und die Einspritzvorrichtungskernstifte 22 herausgezogen (Schritte 46 und 48). Schließlich wird die Form geöffnet und die fertige Kraftstoffschiene entfernt (Schritt 50).
• Es versteht sich, daß die vorstehend beschriebene Abfolge von Vorgängen nicht unbedingt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden muß. Lediglich der Kernstift 18 muß voll vorgeschoben worden sein, bevor die Kernstifte 20 hiermit verschraubt werden können, und die Kernstifte 20 müssen aus dem Kernstift 18 herausgeschraubt worden sein, bevor der Kernstift 18 zurückgezogen werden kann. Bei einigen Schritten des Verfahrens kann auch eine gewisse Überlappung auftreten, um die Zyklus zeit des Verfahrens zu minimieren.
• Berechnungen zeigen, daß ein Druck von etwa 1378 bar (20.000 psi) auf einfache Weise an der Schulter 32 erzielt werden kann, wenn ein 1/4-20-Schraubengewinde verwendet und ein Drehmoment von 1,69 Nm (15 lb") aufgebracht wird. Bei einer anderen Ausführungsform, bei der ein konisches Schraubengewinde Verwendung findet, kann das Einsetzen und die Aufbringung des Klemmdrehmomentes um eine Windung oder weniger schneller durchgeführt werden.
• Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, daß die Prinzipien der Erfindung auch bei anderen Ausführungsformen Anwendung finden können, die durch die Patentansprüche abgedeckt sind.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststofformteiles (10) durch Anordnen eines ersten (20) und eines zweiten (18) Kernstiftes in einem Hohlraum, wobei der erste Kernstift an einem Ende ein erstes Schraubengewinde (30) aufweist, Einführen von Kunststoff in den Hohlraum, um das Teil um die Kernstifte herum auszubilden, und Entfernen der Kernstifte und Öffnen des Hohlraumes, wobei das Kunststofformteil einen ersten Kanal (14), der durch den um den ersten Kernstift herum geformten Kunststoff gebildet wird, und einen zweiten Kanal (12), der durch den um den zweiten Kernstift herum geformten Kunststoff ausgebildet wird, aufweist und wobei sich der erste Kanal und der zweite Kanal in Querrichtung schneiden, wobei das Verfahren dazu dient, die Ausbildung von Graten an der Schnittstelle der Kanäle zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet, daß:

der zweite Kernstift mit einer Ausnehmung (24) versehen wird, die ein zweites Schraubengewinde (26) enthält, dessen Achse quer zur Länge des zweiten Kernstiftes verläuft;

das erste Schraubengewinde (30) an einem Vorsprung (28) am Ende des ersten Kernstiftes vorgesehen wird, wobei dieser Vorsprung und das zweite Schraubengewinde komplementär zu der Ausnehmung und dem ersten Schraubengewinde ausgebildet werden;

der erste Kernstift und der zweite Kernstift im Hohlraum zum Formen des Teiles angeordnet werden, wobei hierzu der erste Kernstift um die Achse des ersten Schraubengewinde gedreht wird, um die beiden Schraubengewinde fest miteinander zu verschrauben und den ersten Kernstift fest gegen eine Seitenwand des zweiten Kernstiftes zu pressen und dadurch zwischen diesen eine Dichtung zu erzeugen, die den Vorsprung, die Ausnehmung und die Schraubengewinde abdichtet, jedoch im Hohlraum diejenigen Abschnitte der Kernstifte freiläßt, die unmittelbar an die Dichtung außerhalb des abgedichteten Vorsprunges, der Ausnehmung und der Schraubengewinde grenzen;

wobei die Dichtung verhindert, daß Kunststoff, der in den Hohlraum eingeführt wird, den Vorsprung, die Ausnehmung und die Schraubengewinde erreicht, so daß die Ausbildung von Graten an der Schnittstelle der Kanäle auf diese Weise verhindert wird;

nach der Formung des Teiles der erste Kernstift gedreht wird, um die beiden Schraubengewinde voneinander zu trennen und auf diese Weise die Dichtung zu zerstören; und

nach dem Trennen der beiden Schraubengewinde die Kernstifte aus den entsprechenden Kanälen herausgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dichtung geformt wird, indem eine Schulter (32) am ersten Kernstift benachbart zum Vorsprung vorgesehen und die Schulter gegen eine Umfangsfläche des zweiten Kernstiftes, die die Ausnehmung umgibt, gestoßen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Anordnung des ersten Kernstiftes und des zweiten Kernstiftes in Positionen innerhalb des Hohlraumes zum Formen des Teiles zuerst das Anordnen des zweiten Kernstiftes in Position im Hohlraum und dann das axiale Vorschieben des ersten Kernstiftes in den Hohlraum und den Schritt der Drehung des ersten Kernstiftes um die Achse des ersten Schraubengewindes umfaßt, um auf diese Weise die beiden Schraubengewinde fest miteinander zu verschrauben und die Dichtung am Ende des axialen Vorschiebens des ersten Kernstiftes in den Hohlraum auszubilden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt der Anordnung des zweiten Kernstiftes in Position innerhalb des Hohlraumes das axiale Vorschieben des zweiten Kernstiftes in den Hohlraum umfaßt.