Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
[0002] Aus der US-PS 4,854,024 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrstrom-Lochplatte
für ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein dünnes metallenes Ausgangsmaterial
verwendet wird. In das Ausgangsmaterial werden durch Stanzen Löcher eingebracht, die
durch Nachpressen oder Prägen weiterbearbeitet werden können. Anschließend werden
kreisförmige Lochplatten um die Löcher herum aus dem Ausgangsmaterial herausgestanzt,
womit die Lochplatten vereinzelt vorliegen. Außerdem ist aus den US-PS 4,854,024 und
US-PS 4,923,169 bekannt, maximal zwei dieser derart hergestellten Lochplatten sandwichartig
an einem Kraftstoffeinspritzventil zu verwenden. Die beiden unabhängig voneinander
vorliegenden Blechlagen einer solchen Lochplatte werden dazu übereinanderliegend zwischen
einem Ventilsitzkörper und einem zwangsläufig anzubringenden Stützring eingeklemmt.
Jede einzelne Blechlage einer solchen zweilagigen Lochplatte wird also völlig separat
hergestellt, so daß eine mehrlagige Lochplatte erst im unmittelbar eingebauten Zustand
am Einspritzventil entsteht. Der Stützring muß letztlich wieder durch Einbördeln oder
ein anderes Fügeverfahren im Ventilsitzträger befestigt werden, da durch ihn allein
noch keine Fixierung der Lochplatte vorliegt.
[0003] Bekannt sind aus der US-PS 5,570,841 des weiteren mehrere Lagen umfassende Lochscheiben,
die in Brennstoffeinspritzventilen Verwendung finden. Die zwei oder vier Lagen der
Lochscheiben werden aus rostfreiem Stahl oder Silizium ebenfalls separat hergestellt
und weisen Öffnungen und Kanäle als Öffnungsgeometrien auf, die durch Erodieren, galvanische
Abscheidung, Ätzen, Feinstanzen oder durch Mikrobearbeitung ausgeformt werden. Die
vom Ventilsitz am entferntesten vorgesehene Lage besitzt dabei stets eine Öffnungsgeometrie,
mit der dem durchströmenden Medium eine Drallkomponente beaufschlagt wird. Die voneinander
unabhängig hergestellten Lagen bilden erst unmittelbar am Einspritzventil die mehrlagige
sandwichartige Lochscheibe, da die einzelnen Lagen übereinandergestapelt zwischen
dem Ventilsitzkörper und einer Stützscheibe eingeklemmt werden.
[0004] Ebenso sind bereits aus der US-PS 5,484,108 Lochscheibenelemente für Brennstoffeinspritzventile
bekannt, die zwei oder drei dünne Lagen eines geeigneten Metalls, z.B. eines rostfreien
Stahls, umfassen. Die Lagen des Lochscheibenelements sind auch hier wieder separat
voneinander hergestellt, wobei sie derart ausgeformt sind, daß sie sandwichartig aufeinanderliegend
im Bereich ihrer Öffnungsgeometrien wenigstens eine hohlraumbildende Kammer entstehen
lassen. In gleicher Weise wie in den oben bereits erwähnten Schriften werden die einzelnen
Lagen des Lochscheibenelements zwischen dem Ventilsitzkörper und einem Stützkörper
eingeklemmt.
[0005] Aus der US-PS 5,350,119 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das ein
plattiertes Lochscheibenelement aufweist. Hergestellt wird das Lochscheibenelement
aus einem Metallstreifen eines widerstandsfähigen Metalls wie Molybdän und einem darauf
aufliegenden Überzug eines Weichmetalls wie Kupfer. Durch Umbördeln des Ventilsitzträgers
werden die ebenen Schichten des Lochscheibenelements am Ventilsitzkörper gehalten.
Vorteile der Erfindung
[0006] Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1 hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Feinstzerstäubung
des abzuspritzenden Mediums ohne Zusatzenergie erreicht wird, wobei eine besonders
hohe Zerstäubungsgüte und eine an die jeweiligen Erfordernisse angepaßte Strahlformung
erzielt wird. Dies wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß eine stromabwärts
eines Ventilsitzes angeordnete Lochscheibe eine Öffnungsgeometrie für einen vollständigen
axialen Durchgang des Mediums, insbesondere des Brennstoffs, aufweist, die durch einen
den festen Ventilsitz umfassenden Ventilsitzkörper begrenzt ist. Damit übernimmt der
Ventilsitzkörper bereits die Funktion einer Strömungsbeeinflussung in der Lochscheibe.
In besonders vorteilhafter Weise wird ein S-Schlag in der Strömung zur Zerstäubungsverbesserung
des Brennstoffs erreicht, da der Ventilsitzkörper mit einer unteren Stirnseite die
Abspritzöffnungen der Lochscheibe überdeckt.
[0007] Der durch die geometrische Anordnung von Ventilsitzkörper und Lochscheibe erzielte
S-Schlag in der Strömung erlaubt die Ausbildung bizarrer Strahlformen mit einer hohen
Zerstäubungsgüte. Die Lochscheiben ermöglichen in Verbindung mit entsprechend ausgeführten
Ventilsitzkörpern für Ein-, Zwei- und Mehrstrahlsprays Strahlquerschnitte in unzähligen
Varianten, wie z. B. Rechtecke, Dreiecke, Kreuze, Ellipsen. Solche ungewöhnlichen
Strahlformen erlauben eine genaue optimale Anpassung an vorgegebene Geometrien, z.
B. an verschiedene Saugrohrquerschnitte von Brennkraftmaschinen. Daraus ergeben sich
die Vorteile einer formangepaßten Ausnutzung des verfügbaren Querschnitts zur homogen
verteilten, abgasmindernden Gemischeinbringung und einer Vermeidung von abgasschädlichen
Wandfilmanlagerungen an der Saugrohrwandung. Mit einem solchen Einspritzventil kann
folglich die Abgasemission der Brennkraftmaschine reduziert und ebenso eine Verringerung
des Brennstoffverbrauchs erzielt werden.
[0008] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Einspritzventils möglich.
[0009] Ganz allgemein ist als sehr bedeutender Vorteil des erfindungsgemaßen Einspritzventils
festzuhalten, daß in einfacher Art und Weise Strahlbildvariationen möglich sind.
Zeichnung
[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise
dargestelltes Einspritzventil mit einer ersten hergestellten Lochscheibe, Figur 2
ein Prinzipbild des Verfahrensablaufs bei der Herstellung einer Lochscheibe mit den
Stationen A bis E und bei der Befestigung einer Lochscheibe in einem Einspritzventil
mit den Stationen F und G, Figur 3 Ausführungsbeispiele von Folienstreifen zur Herstellung
einer dreilagigen Lochscheibe, Figur 4 ein Lochscheibenband mit mehreren übereinanderliegenden
Folienstreifen, Figuren 5 und 6 ein Tiefziehwerkzeug mit einem zu bearbeitenden Lochscheibenband,
Figur 6a eine zweite Ausführungsform eines Tiefziehwerkzeugs, Figur 7 ein erstes Beispiel
einer tiefgezogenen, an einem Ventilsitzkörper befestigten Lochscheibe, Figur 8 ein
zweites Beispiel einer tiefgezogenen, an einem Ventilsitzkörper befestigten Lochscheibe,
Figur 9 ein drittes Beispiel einer tiefgezogenen, an einem Ventilsitzkörper befestigten
Lochscheibe, Figur 10 eine weitere Lochscheibe in einer Draufsicht, Figuren 10a bis
10c die einzelnen Blechlagen der Lochscheibe gemäß Figur 10, Figur 11 eine Lochscheibe
im Schnitt entlang der Linie XI-XI, Figur 12 ein viertes Beispiel einer tiefgezogenen,
an einem Ventilsitzkörper befestigten (zweilagigen) Lochscheibe, Figur 13 ein erster
zentraler Bereich einer Lochscheibe, Figur 14 ein zweiter zentraler Bereich einer
Lochscheibe und Figur 15 ein dritter zentraler Bereich einer Lochscheibe zur Verdeutlichung
verschiedener Öffnungsgeometrien.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0011] In der Figur 1 ist als ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung einer Lochscheibe ein
Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden
fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt. Das Einspritzventil hat
einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse
2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige
Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. kugelförmigen
Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen
von Brennstoff vorgesehen sind, verbunden ist.
[0012] Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch.
Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft
einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient
ein angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11
und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten
Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine mittels eines Lasers hergestellte Schweißnaht
verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet.
[0013] Zur Führung des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung
15 eines Ventilsitzkörpers 16. In das stromabwärts liegende, dem Kern 12 abgewandte
Ende des Ventilsitzträgers 1 ist in der konzentrisch zur Ventillängsachse 2 verlaufenden
Längsöffnung 3 der z. B. zylinderförmige Ventilsitzkörper 16 durch Schweißen dicht
montiert. An seiner dem Ventilschließkörper 7 abgewandten, unteren Stirnseite 17 ist
der Ventilsitzkörper 16 mit einer erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten,
z.B. topfförmig ausgebildeten Lochscheibe 21 konzentrisch und fest verbunden, die
also unmittelbar an dem Ventilsitzkörper 16 mit einem Bodenteil 22 anliegt. Die Lochscheibe
21 wird von wenigstens zwei, im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 drei eine geringe
Dicke aufweisenden, metallenen Blechlagen 135 gebildet, so daß eine sogenannte Blechlaminat-Lochscheibe
vorliegt.
[0014] Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibe 21 erfolgt beispielsweise
durch eine ringförmig umlaufende und dichte, mittels eines Lasers ausgebildete erste
Schweißnaht 25. Durch diese Art der Montage ist die Gefahr einer unerwünschten Verformung
der Lochscheibe 21 in ihrem mittleren Bereich mit der dort vorgesehenen Öffnungsgeometrie
27 vermieden. An das Bodenteil 22 der topfförmigen Lochscheibe 21 schließt sich nach
außen ein umlaufender Halterand 28 an, der sich in axialer Richtung dem Ventilsitzkörper
16 abgewandt erstreckt und bis zu seinem Ende hin leicht konisch nach außen gebogen
ist. Der Halterand 28 übt eine radiale Federwirkung auf die Wandung der Längsöffnung
3 aus. Dadurch wird beim Einschieben des Ventilsitzkörpers 16 in die Längsöffnung
3 des Ventilsitzträgers 1 eine Spanbildung an der Längsöffnung 3 vermieden. Der Halterand
28 der Lochscheibe 21 ist an seinem freien Ende mit der Wandung der Längsöffnung 3
beispielsweise durch eine umlaufende und dichte zweite Schweißnaht 30 verbunden. Die
dichten Verschweißungen verhindern ein Durchströmen von Brennstoff an unerwünschten
Stellen in der Längsöffnung 3 unmittelbar in eine Ansaugleitung der Brennkraftmaschine.
[0015] Die Einschubtiefe des aus Ventilsitzkörper 16 und topfförmiger Lochscheibe 21 bestehenden
Ventilsitzteils in die Längsöffnung 3 bestimmt die Größe des Hubs der Ventilnadel
5, da die eine Endstellung der Ventilnadel 5 bei nicht erregter Magnetspule 10 durch
die Anlage des Ventilschließkörpers 7 an einer Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers
16 festgelegt ist. Die andere Endstellung der Ventilnadel 5 wird bei erregter Magnetspule
10 beispielsweise durch die Anlage des Ankers 11 an dem Kern 12 festgelegt. Der Weg
zwischen diesen beiden Endstellungen der Ventilnadel 5 stellt somit den Hub dar.
[0016] Der kugelförmige Ventilschließkörper 7 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig
verjüngenden Ventilsitzfläche 29 des Ventilsitzkörpers 16 zusammen, die in axialer
Richtung zwischen der Führungsöffnung 15 und der unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers
16 ausgebildet ist.
[0017] Figur 2 zeigt ein Prinzipbild des Verfahrensablaufs bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen
Lochscheibe 21, wobei die einzelnen Fertigungs- und Bearbeitungsstationen nur symbolisch
dargestellt sind. Anhand der nachfolgenden Figuren 3 bis 6 werden einzelne Bearbeitungsschritte
noch ausführlicher erläutert. In der ersten, mit A bezeichneten Station liegen entsprechend
der gewünschten Anzahl von Blechlagen 135 der späteren Lochscheibe 21 Blechfolien
als beispielsweise aufgerollte Folienstreifen 35 vor. Bei Verwendung von drei Folienstreifen
35a, 35b und 35c zur Herstellung einer drei Blechlagen 135 umfassenden Blechlaminat-Lochscheibe
21 ist es für die spätere Bearbeitung, speziell beim Fügen, zweckmäßig, den mittleren
Folienstreifen 35b zu beschichten. In die Folienstreifen 35 werden nachfolgend pro
Folie 35 jeweils in großer Anzahl gleiche Öffnungsgeometrien 27 der Lochscheibe 21
sowie Hilfsöffnungen zum Zentrieren und Justieren der Folienstreifen 35 bzw. zum späteren
Freilegen der Lochscheiben 21 aus den Folienstreifen 35 eingebracht.
[0018] Diese Bearbeitung der einzelnen Folienstreifen 35 erfolgt in der Station B. In der
Station B sind Werkzeuge 36 vorgesehen, mit denen in den einzelnen Folienstreifen
35 die gewünschten Öffnungsgeometrien 27 sowie die Hilfsöffnungen eingeformt werden.
Alle wesentlichen Konturen werden dabei durch Mikrostanzen, Laserschneiden, Erodieren,
Ätzen oder vergleichbare Verfahren hergestellt. Beispiele solcher derart bearbeiteter
Folienstreifen 35 veranschaulicht Figur 3. Die Folienstreifen 35 durchlaufen derart
bearbeitet die Station C, die eine Erwärmungseinrichtung 37 darstellt, in der die
Folienstreifen 35 beispielsweise in Vorbereitung eines Lötvorgangs induktiv erwärmt
werden. Die Station C ist nur optional vorgesehen, da jederzeit auch andere, eine
Erwärmung nicht erfordernde Fügeverfahren zur Verbindung der Folienstreifen 35 angewendet
werden können.
[0019] In der Station D erfolgt das Fügen der einzelnen Folienstreifen 35 aufeinander, wobei
die Folienstreifen 35 mit Hilfe von Zentriervorrichtungen zueinander genau positioniert
werden und beispielsweise durch rotierende Druckwalzen 38 aneinandergedrückt und weitertransportiert
werden. Als Fügeverfahren können Laserschweißen, Lichtstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen,
Ultraschallschweißen, Preßschweißen, Induktionslöten, Laserstrahllöten, Elektronenstrahllöten,
Kleben oder andere bekannte Verfahren eingesetzt werden. Daran anschließend wird das
mehrere Lagen von Folienstreifen 35 umfassende Lochscheibenband 39 in der Station
E derart bearbeitet, daß Lochscheiben 21 in der zum Einbau im Einspritzventil gewünschten
Größe und Kontur vorliegen. In der Station E erfolgt die Vereinzelung der Lochscheiben
21 beispielsweise durch Ausstanzen aus dem Lochscheibenband 39 mit einem Werkzeug
40, insbesondere einem Stanzwerkzeug. Die ebenen ausgestanzten Lochscheiben 21 können
bereits so in einem Einspritzventil verwendet werden. Andererseits ist es aber auch
möglich, mit einem Werkzeug 40', insbesondere einem Tiefziehwerkzeug, die Lochscheiben
21 aus dem Lochscheibenband 39 durch Abreißen oder Ausschneiden herauszutrennen und
somit zu vereinzeln, wobei die Lochscheiben 21 zugleich unmittelbar mit einer topfförmigen
Gestalt versehen werden. Wird ein Ausstanzen vorgenommen und eine topfförmige Gestalt
der Lochscheiben 21 gewünscht, so ist nach dem Ausstanzen noch ein Tiefziehvorgang
oder ein Bördeln erforderlich.
[0020] Die Verfahrensschritte zur Herstellung der Lochscheiben 21 sind damit insofern abgeschlossen,
daß nachfolgend nur noch der Einbau der Lochscheiben 21 erfolgt. Die vereinzelten
und in gewünschter Weise ausgeformten Lochscheiben 21 werden in einem nächsten Verfahrensschritt
jeweils an der unteren Stirnseite 17 des Ventilsitzkörpers 16 mit Hilfe einer Fügevorrichtung
45 befestigt, wobei in vorteilhafter Weise zur Erzielung einer festen und dichten
Verbindung eine Laserschweißeinrichtung verwendet wird (Station F). Mittels symbolhaft
angedeuteter Laserstrahlung 46 wird die ringförmig umlaufende Schweißnaht 25 erzielt.
Das nun vorliegende Ventilsitzteil aus Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibe 21 wird
darauffolgend optional noch feinbearbeitet, wobei das Ventilsitzteil dabei in einer
Haltevorrichtung 47 eingespannt ist (Station G). Mit verschiedenen Bearbeitungswerkzeugen
48, mit denen Verfahren wie Honen (Ziehschleifen) oder Hartdrehen durchführbar sind,
werden besonders die inneren Konturen des Ventilsitzkörpers 16 (z.B. Führungsöffnung
15, Ventilsitzfläche 29) nachbearbeitet.
[0021] Konkrete Ausführungsbeispiele von Folienstreifen 35 für eine Lochscheibe 21 zeigt
Figur 3. Dabei stellt der Folienstreifen 35a die später dem Ventilschließkörper 7
zugewandte obere Blechlage 135a und der Folienstreifen 35c die später dem Ventilschließkörper
7 abgewandte untere Blechlage 135c der Lochscheibe 21 dar, während der Folienstreifen
35b die zwischen diesen beiden liegende Blechlage 135b in der Lochscheibe 21 bildet.
Üblicherweise werden für erfindungsgemäß hergestellte Blechlaminat-Lochscheiben 21
zwei bis fünf Folienstreifen 35 übereinander angeordnet, die jeweils eine Dicke von
0,05 mm bis 0,3 mm, insbesondere ca. 0,1 mm, aufweisen. Jeder Folienstreifen 35 wird
in der Station B mit einer Öffnungsgeometrie 27 versehen, die sich über die Länge
der Folienstreifen 35 in großer Zahl wiederholt. Im in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der obere Folienstreifen 35a eine Öffnungsgeometrie 27 in Form einer kreuzartigen
Einlaßöffnung 27a, der mittlere Folienstreifen 35b eine Öffnungsgeometrie 27 einer
Durchlaßöffnung 27b in Kreisform mit größerem Durchmesser als das Ausmaß der kreuzartigen
Einlaßöffnung 27a und der untere Folienstreifen 35c eine Öffnungsgeometrie 27 in Form
von vier kreisförmigen, im Überdeckungsbereich der Durchlaßöffnung 27b liegenden Abspritzöffnungen
27c auf. In der Station B werden neben diesen Öffnungsgeometrien 27 weitere Hilfsöffnungen
49, 50 eingebracht.
[0022] Zwischen jeweils zwei eingebrachten Öffnungsgeometrien 27 werden dabei in gleichen
Abständen entlang der jeweils beiden Folienränder 52 Hilfsöffnungen 49 als Zentrierausnehmungen
eingeformt, die entsprechend der Form der dort später eingreifenden Werkzeuge oder
Hilfsmittel eckig, abgerundet, spitz zulaufend oder angeschrägt sein können. Andere
Hilfsöffnungen 50 werden sichelförmig, die jeweiligen Öffnungsgeometrien 27 umgebend
in den Folienstreifen 35 als Durchbrüche vorgesehen. Die z.B. vier sichelförmigen
Hilfsöffnungen 50 schließen mit ihrer inneren Kontur einen Kreis mit einem Durchmesser
der späteren Lochscheibe 21 ein. Die von den Hilfsöffnungen 50 eingeschlossenen kreisförmigen
Bereiche in den Folienstreifen 35 werden als Ronden 53 bezeichnet. An ihren Enden
laufen die Hilfsöffnungen 50 spitz zu, wobei zwischen den einzelnen Hilfsöffnungen
50 schmale Stege 55 gebildet sind, die im Bereich des Rondendurchmessers eine Breite
von nur 0,2 bis 0,3 mm besitzen. Beim Ausstanzen oder Tiefziehen in Station E reißen
die Stege 55, wodurch die Lochscheiben 21 freigelegt werden. In besonders effektiver
Weise können auch mehrere Folienstreifen 35 zu einem größeren Folienteppich zusammengefaßt
sein, auf dem Ronden 53 in zwei Dimensionen angeordnet sind.
[0023] Figur 4 zeigt schematisch ein Lochscheibenband 39 in der Station D, wobei das Aufeinanderbringen
der Folienstreifen 35 gestaffelt dargestellt ist. Von links beginnend liegt erst nur
der untere Folienstreifen 35c vor, auf den dann der mittlere Folienstreifen 35b aufläuft.
Der obere Folienstreifen 35a komplettiert das Lochscheibenband 39, das in den beiden
rechten Ronden 53 also dreilagig vorliegt. In der Draufsicht auf die Ronden 53 ist
zu erkennen, daß die Abspritzöffnungen 27c versetzt zur Einlaßöffnung 27a angeordnet
sind, so daß ein die Lochscheibe 21 durchströmendes Medium, z.B. Brennstoff, einen
sogenannten S-Schlag innerhalb der Lochscheibe 21 erfährt, der zu einer Zerstäubungsverbesserung
beiträgt. In die Hilfsöffnungen 49 greift eine Zentriervorrichtung 57 (Indexstifte,
Indexbolzen) ein, die dafür sorgt, daß die Ronden 53 der einzelnen Folienstreifen
35 maßgenau und lagesicher übereinander gebracht werden, bevor die Folienstreifen
35 miteinander verbunden werden. Die Hilfsöffnungen 49 können auch als Vorschubnuten
zum automatischen Transport der Folienstreifen 35 bzw. des Lochscheibenbandes 39 verwendet
werden. Die festen Verbindungen der Folienstreifen 35 durch Schweißen, Löten oder
Kleben können sowohl im Bereich der Ronden 53 als auch außerhalb der Ronden 53 nahe
der Folienränder 52 oder in zentralen Bereichen 58 zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden
Hilfsöffnungen 49 vorgenommen werden.
[0024] In den Figuren 5 und 6 ist das Tiefziehwerkzeug 40' schematisch dargestellt, das
vom Lochscheibenband 39 durchlaufen wird. Das Lochscheibenband 39 liegt mit den Randbereichen
zwischen den Hilfsöffnungen 50 und den Folienrändern 52 z.B. auf einer Werkstückauflage
59 auf, gegen die es mittels eines Niederhalters 60 gedrückt wird. Der Niederhalter
60 weist eine zumindest teilweise kegelstumpfförmige Öffnung 61 auf, die eine Matrizenfunktion
zum Bilden des Halterandes 28 der Lochscheibe 21 übernimmt. In der Werkstückauflage
59 ist ebenfalls eine Öffnung 62 vorgesehen, die zylindrisch ausgebildet ist und in
der ein Stempel 63 senkrecht zur Ebene des Lochscheibenbandes 39 bewegbar ist. Auf
der dem Stempel 63 gegenüberliegenden Seite des Lochscheibenbandes 39 ist in der Öffnung
61 des Niederhalters 60 ein Stempelgegenstück 64 vorgesehen, das der Bewegung des
Stempels 63 folgt, dabei jedoch die Kontur des Bodenteils 22 der Lochscheibe 21 vorgibt.
Die durch den Stempel 63 auf die Ronde 53 aufgebrachte Kraft, die größer ist als die
Gegenkraft des Stempelgegenstücks 64, führt zu einem Abreißen der Ronde 53 vom Lochscheibenband
39 im Bereich der Stege 55 und zur Verformung der Ronde 53 in eine topfförmige Lochscheibe
21. Bei diesem in Station E ablaufenden Verfahren handelt es sich um ein translatorisches
Zugdruckumformen wie Tiefziehen oder Napfen.
[0025] Von der Ronde 53 abgerissen verbleibt ein Blechrand 65 als Abfall im Tiefziehwerkzeug
40', der jedoch recycelt und bei der Herstellung neuer Blechfolien verwendet werden
kann. Auf ein festes Verbinden der Folienstreifen 35 in Station D kann vollständig
verzichtet werden, wenn durch das Tiefziehen oder Napfen in Station E der Halterand
28 der Lochscheibe 21 fast senkrecht zum Bodenteil 22 erzeugt wird, wodurch nämlich
im Biegebereich eine ausreichend feste Verbindung geschaffen wird. Wird durch die
Öffnung 61 im Niederhalter 60 ein flacherer Winkel vorgegeben, so sollte ein festes
Verbinden in Station D auf jeden Fall erfolgen. Bei gewünschten flachen Lochscheiben
21, die z.B. durch Ausstanzen aus dem Lochscheibenband 39 herausgetrennt werden, ist
ebenfalls das Anbringen von festen Verbindungen erforderlich.
[0026] In Figur 6a ist eine zweite Ausführungsform eines Tiefziehwerkzeugs 40'' dargestellt,
wobei die gegenüber dem in den Figuren 5 und 6 gezeigten Tiefziehwerkzeug 40' gleichwirkenden
Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In dem Tiefziehwerkzeug
40" wird in einem Arbeitsgang zuerst die Ronde 53 ausgeschnitten, die unmittelbar
nachfolgend tiefgezogen wird. Der Stempel 63 ist dazu von einem hülsenförmigen Schneidwerkzeug
67 umgeben, das mit seiner inneren Wandung die Öffnung 62 vorgibt. Zusammen mit dem
Stempel 63 bewegt sich das Schneidwerkzeug 67 senkrecht zur Ebene des Lochscheibenbandes
39, so wie es die Pfeile andeuten. Durch die genau zentrierte und definierte Bewegung
von Stempel 63 und Schneidwerkzeug 67 gegen das ebenfalls axial bewegbare Stempelgegenstück
64 in der Öffnung 61 einer Matrize 66 wird die Ronde 53 sehr exakt aus dem Lochscheibenband
39 durch eine Schneide des Schneidwerkzeugs 67 ausgeschnitten. An einem Absatz 75
der Öffnung 61 in der Matrize 66 kommt das Schneidwerkzeug 67 zum Stillstand, wobei
es zugleich für eine Fixierung der Ronde 53 sorgt. Im weiteren Verlauf wird nur noch
der Stempel 63 in die Öffnung 61 hinein bewegt, so daß die Ronde 53 aufgrund der teilweise
kegelstumpfförmigen Ausbildung der Öffnung 61 in eine Topfform gebracht wird.
[0027] Verschiedene Ausführungsbeispiele von aus der Station F kommenden, vom Ventilsitzkörper
16 und der Lochscheibe 21 gebildeten Ventilsitzteilen verdeutlichen die Figuren 7
bis 9. Durch das Tiefziehen oder Napfen der Ronden 53 in der Station E wird der äußere
Rondenrand als späterer Halterand 28 der Lochscheibe 21 aus der Ebene des Lochscheibenbandes
39 heraus umgebogen. Wie die Figuren 6 bis 9 zeigen, kann der Halterand 28 nach Verlassen
des Tiefziehwerkzeugs 40' z.B. fast senkrecht zur Ebene des Bodenteils 22 verlaufen.
Bei der Bearbeitung der Folienstreifen 35 in Station B werden durch das Einbringen
der Hilfsöffnungen 50 bereits die Durchmesser der Ronden 53 festgelegt.
[0028] Werden die Rondendurchmesser in den einzelnen Folienstreifen 35 gleich groß gewählt,
so entsteht durch das Tiefziehen der Blechlagen 135 ein Halterand 28, der an seinem
freien, dem Bodenteil 22 abgewandt liegenden Ende abgestuft ist (Figur 7). Die innere
Blechlage 135c des Halterandes 28, die aus dem unteren Folienstreifen 35c hervorgeht,
endet in stromabwärtiger Richtung gesehen am weitesten entfernt vom Bodenteil 22,
während alle weiteren Blechlagen 135 von innen nach außen hin durch den Tiefziehprozeß
jeweils kürzer enden. Wird jedoch der Durchmesser der Ronden 53 in dem oberen Folienstreifen
35a größer festgelegt als der Durchmesser der Ronden 53 im mittleren Folienstreifen
35b und der wiederum größer als der Durchmesser der Ronden 53 im unteren Folienstreifen
35c, so kann der Halterand 28 einerseits an seinem freien Ende eine Abstufung der
Blechlagen 135 in umgekehrter Richtung gegenüber dem Beispiel gemäß Figur 7 aufweisen
(Figur 8) oder andererseits ein freies Ende besitzen, an dem alle Blechlagen 135 in
einer Ebene enden (Figur 9). Besonders für das Anbringen der Schweißnaht 30 am Halterand
28 ist die Auswahl der gleichen oder unterschiedlichen Rondendurchmesser interessant.
[0029] Neben den in den Figuren 3 und 4 beispielhaft dargestellten Öffnungsgeometrien 27
in den Folienstreifen 35 bzw. Lochscheiben 21 sind ebenso unzählige andere (z.B. runde,
elliptische, mehreckige, T-förmige, sichelförmige, kreuzförmige, halbkreisförmige,
tunnelportalähnliche, knochenförmige, u.a. asymmetrische) Öffnungsgeometrien 27 für
Blechlaminat-Lochscheiben 21 denkbar. Die Figuren 10 und 11 zeigen ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel von Öffnungsgeometrien 27 in den einzelnen Blechlagen 135 einer
Lochscheibe 21, wobei der Figur 10 eine Draufsicht auf die Lochscheibe 21 entnehmbar
ist. Besonders die Figur 11, die eine Schnittdarstellung entlang einer Linie XI-XI
in Figur 10 ist, verdeutlicht nochmals den Aufbau der Lochscheibe 21 mit ihren drei
Blechlagen 135.
[0030] Die obere Blechlage 135a (Figur 10a) weist eine Einlaßöffnung 27a mit einem möglichst
großen Umfang auf, die eine Kontur ähnlich einer stilisierten Fledermaus (oder eines
Doppel-H) besitzt. Die Einlaßöffnung 27a besitzt einen Querschnitt, der als teilweise
abgerundetes Rechteck mit zwei jeweils gegenüberliegenden, rechteckförmigen Einschnürungen
68 und somit drei wiederum über die Einschnürungen 68 hinwegstehenden Einlaßbereichen
69 beschreibbar ist. Die drei Einlaßbereiche 69 stellen bezogen auf die mit einer
Fledermaus vergleichbaren Kontur den Körper/Rumpf und die zwei Flügel der Fledermaus
(bzw. die Querbalken zu dem Längsbalken des Doppel-H) dar. Mit z.B. jeweils gleichem
Abstand zur Mittelachse der Lochscheibe 21 und um diese beispielsweise auch symmetrisch
angeordnet sind in der unteren Blechlage 135c (Figur 10c) vier kreisförmige Abspritzöffnungen
27c vorgesehen.
[0031] Die Abspritzöffnungen 27c liegen bei einer Projektion aller Blechlagen 135 in eine
Ebene (Figur 2) teilweise oder weitgehend in den Einschnürungen 68 der oberen Blechlage
135a. Die Abspritzöffnungen 27c liegen mit einem Versatz zur Einlaßöffnung 27a vor,
d.h. in der Projektion wird die Einlaßöffnung 27a an keiner Stelle die Abspritzöffnungen
27c überdecken. Der Versatz kann dabei jedoch in verschiedene Richtungen unterschiedlich
groß sein.
[0032] Um eine Fluidströmung von der Einlaßöffnung 27a bis hin zu den Abspritzöffnungen
27c zu gewährleisten, ist in der mittleren Blechlage 135b (Figur 10b) eine Durchlaßöffnung
27b als Kanal (cavity) ausgebildet. Die eine Kontur eines abgerundeten Rechtecks aufweisende
Durchlaßöffnung 27b besitzt eine solche Größe, daß sie in der Projektion die Einlaßöffnung
27a vollständig überdeckt und besonders in den Bereichen der Einschnürungen 68 über
die Einlaßöffnung 27a hinausragt, also einen größeren Abstand zur Mittelachse der
Lochscheibe 21 als die Einschnürungen 68 hat.
[0033] In den Figuren 10a, 10b und 10c sind die Blechlagen 135a, 135b und 135c, wie sie
aus den Folienstreifen 35 herausgetrennt vor dem Tiefziehen im Lochscheibenverbund
vorliegen, nochmals vereinzelt dargestellt, um die Öffnungsgeometrie 27 jeder einzelnen
Blechlage 135 genau zu veranschaulichen. Jede einzelne Figur ist letztlich eine vereinfachte
Schnittdarstellung durch das Lochscheibenband 39 horizontal entlang jeder Blechlage
135a, 135b und 135c. Um die Öffnungsgeometrien 27 besser zu verdeutlichen, wird auf
eine Schraffur und die Körperkanten der anderen Blechlagen 135 verzichtet.
[0034] Die Figuren 12 bis 15 zeigen Ausführungsbeispiele von zwei Blechlagen 135 aufweisenden
Lochscheiben 21, die an einem Ventilsitzkörper 16 eines Einspritzventils mittels einer
dichten Schweißnaht 25 montiert sind. Der Ventilsitzkörper 16 weist der Ventilsitzfläche
29 stromabwärts folgend eine Austrittsöffnung auf, die verglichen mit den drei Blechlagen
135 aufweisenden Lochscheiben 21 bereits die Einlaßöffnung 27a darstellt. Mit seiner
unteren Austrittsöffnung 27a ist der Ventilsitzkörper 16 derart ausgeformt, daß seine
untere Stirnseite 17 teilweise eine obere Abdeckung der Durchlaßöffnung 27b bildet
und somit die Eintrittsfläche des Brennstoffs in die Lochscheibe 21 festlegt. Bei
allen in den Figuren 12 bis 15 dargestellten Ausführungsbeispielen besitzt die Austrittsöffnung
27a einen kleineren Durchmesser als den Durchmesser eines gedachten Kreises, auf dem
die Abspritzöffnungen 27c der Lochscheibe 21 liegen. Mit anderen Worten ausgedrückt
liegt ein vollständiger Versatz von der den Einlaß der Lochscheibe 21 festlegenden
Austrittsöffnung 27a und den Abspritzöffnungen 27c vor. Bei einer Projektion des Ventilsitzkörpers
16 auf die Lochscheibe 21 überdeckt der Ventilsitzkörper 16 sämtliche Abspritzöffnungen
27c. Aufgrund des radialen Versatzes der Abspritzöffnungen 27c gegenüber der Austrittsöffnung
27a ergibt sich ein S-förmiger Strömungsverlauf des Mediums, z.B. des Brennstoffs.
Ein S-förmiger Strömungsverlauf wird auch bereits dann erzielt, wenn der Ventilsitzkörper
16 alle Abspritzöffnungen 27c in der Lochscheibe 21 nur teilweise überdeckt.
[0035] Durch den sogenannten S-Schlag innerhalb der Lochscheibe 21 mit mehreren starken
Strömungsumlenkungen wird der Strömung eine starke, zerstäubungsfordernde Turbulenz
aufgeprägt. Der Geschwindigkeitsgradient quer zur Strömung ist dadurch besonders stark
ausgeprägt. Er ist ein Ausdruck für die Änderung der Geschwindigkeit quer zur Strömung,
wobei die Geschwindigkeit in der Mitte der Strömung deutlich größer ist als in der
Nähe der Wandungen. Die aus den Geschwindigkeitsunterschieden resultierenden erhöhten
Scherspannungen im Fluid begünstigen den Zerfall in feine Tröpfchen nahe der Abspritzöffnungen
27c. Da die Strömung im Auslaß aufgrund der aufgeprägten Radialkomponente einseitig
abgelöst ist, erfährt sie wegen fehlender Konturführung keine Strömungsberuhigung.
Eine besonders hohe Geschwindigkeit weist das Fluid an der abgelösten Seite auf. Die
zerstäubungsfördernden Scherturbulenzen werden somit im Austritt nicht vernichtet.
[0036] Die durch die Turbulenz vorhandenen Querimpulse quer zur Strömung führen unter anderem
dazu, daß die Tröpfchenverteilungsdichte im abgespritzten Spray eine große Gleichmäßigkeit
aufweist. Daraus resultiert eine herabgesetzte Wahrscheinlichkeit von Tröpfchenkoagulationen,
also von Vereinigungen kleiner Tröpfchen zu größeren Tropfen. Die Folge der vorteilhaften
Reduzierung des mittleren Tröpfchendurchmessers im Spray ist eine relativ homogene
Sprayverteilung. Durch den S-Schlag wird in dem Fluid eine feinskalige (hochfrequente)
Turbulenz erzeugt, welche den Strahl unmittelbar nach Austritt aus der Lochscheibe
21 in entsprechend feine Tröpfchen zerfallen läßt.
[0037] Drei Beispiele von Ausführungen der Öffnungsgeometrie 27 in den zentralen Bereichen
der Lochscheibe 21 sind als Draufsichten in den Figuren 13 bis 15 dargestellt. Mit
einer Strich-Punkt-Linie ist in diesen Figuren die Austrittsöffnung 27a des Ventilsitzkörpers
16 im Bereich der unteren Stirnseite 17 symbolisch angedeutet, um den Versatz zu den
Abspritzöffnungen 27c zu verdeutlichen. Allen Ausführungsbeispielen der Lochscheiben
21 ist gemeinsam, daß sie wenigstens eine Durchlaßöffnung 27b in der oberen Blechlage
135 sowie wenigstens eine Abspritzöffnung 27c, hier vier Abspritzöffnungen 27c in
der unteren Blechlage 135 besitzen, wobei die Durchlaßöffnungen 27b jeweils so groß
bezüglich ihrer Weite bzw. Breite ausgeführt sind, daß alle Abspritzöffnungen 27c
vollständig überströmt werden. Damit ist gemeint, daß keine der die Durchlaßöffnungen
27b begrenzenden Wandungen die Abspritzöffnungen 27c abdeckt.
[0038] Bei der in Figur 13 teilweise gezeigten Lochscheibe 21 ist die Durchlaßöffnung 27b
in einer doppelrautenähnlichen Form ausgeführt, wobei die beiden Rauten durch einen
mittleren Bereich verbunden sind, so daß nur eine einzige Durchlaßöffnung 27b vorhanden
ist. Es sind jedoch genausogut zwei oder mehr Durchlaßöffnungen 27b denkbar. Von der
doppelrautenförmigen Durchlaßöffnung 27b ausgehend verlaufen vier z.B. quadratische
Querschnitte besitzende Abspritzöffnungen 27c durch die untere Blechlage 135, die
vom Mittelpunkt der Lochscheibe 21 aus gesehen z.B. an den entferntesten Punkten der
Durchlaßöffnung 27b ausgebildet sind. Jeweils zwei Abspritzöffnungen 27c bilden aufgrund
der langgestreckten Raufen der Durchlaßöffnung 27b ein Öffnungspaar. Eine solche Anordnung
der Abspritzöffnungen 27c ermöglicht eine Zweistrahl- oder auch Flachstrahlabspritzung.
[0039] In den anderen Ausführungsbeispielen ist die Durchlaßöffnung 27b kreisförmig (Figur
14) oder rechteckförmig (Figur 15) ausgeführt, von der aus Abspritzöffnungen 27c mit
kreisförmigen Querschnitten (Figuren 14 und 15) abgehen. Auch diese Lochscheiben 21
eignen sich besonders durch die Anordnung zweier Abspritzöffnungen 27c in größerer
Entfernung zu zwei weiteren Abspritzöffnungen 27c für eine Zweistrahlabspritzung.
1. Einspritzventil, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen, mit einer Ventillängsachse, mit einem einen festen Ventilsitz
aufweisenden Ventilsitzkörper, mit einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilschließkörper,
der entlang der Ventillängsachse axial bewegbar ist, mit einer stromabwärts des Ventilsitzes
angeordneten Lochscheibe, die wenigstens zwei metallene Lagen mit einer jeweils anderen
Öffnungsgeometrie umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die metallenen Lagen als wenigstens zwei sandwichartig angeordnete metallene Blechlagen
(135) ausgeführt sind mit einer charakteristischen Öffnungsgeometrie (27) in jeder
Blechlage (135), so daß die Lochscheibe (21) von einem Medium durch alle Blechlagen
(135) hindurch vollständig durchströmbar ist und die Blechlagen (135) der Lochscheibe
(21) unabhängig von der Befestigung am Einspritzventil fest miteinander verbunden
sind.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lochscheibe (21) ein ebenes Bodenteil (22) mit der Öffnungsgeometrie (27)
vorgesehen ist, vom dem ein ringförmig umlaufender, abgebogener Halterand (28) ausgeht.
3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterand (28) im Winkel von ca. 90° vom Bodenteil (22) abgebogen ist.
4. Einspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die topfförmige Gestalt mit Bodenteil (22) und Halterand (28) mittels Tiefziehen
oder Napfen erzielbar ist.
5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (16) die Öffnungsgeometrie (27) der oberen, dem Ventilsitzkörper
(16) zugewandten Blechlage (135) teilweise unmittelbar mit einer unteren Stirnseite
(17) derart abdeckt, daß wenigstens eine Abspritzöffnung (27c) in der dem Ventilsitzkörper
(16) abgewandtesten Blechlage (135) durch den Ventilsitzkörper (16) überdeckt ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ventilsitzkörper (16) zugewandte Blechlage (135) eine Durchgangsöffnung (27b)
und die dem Ventilsitzkörper (16) abgewandteste Blechlage (135) wenigstens zwei Abspritzöffnungen
(27c) hat.
7. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (27b) der Lochscheibe (21) einen größeren Querschnitt hat als
jede einzelne Abspritzöffnung (27c).
8. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß keine der Abspritzöffnungen (27c) durch eine Wandung der Durchgangsöffnung (27b)
überdeckt ist.
9. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lochscheibe (21) mehrere Durchlaßöffnungen (27b) und in gleicher Anzahl Abspritzöffnungen
(27c) vorgesehen sind, so daß von jeder Durchlaßöffnung (27b) genau eine Abspritzöffnung
(27c) ausgeht.
10. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheibe (21) an dem Ventilsitzkörper (16) mittels Laserschweißen (45, 46)
dicht befestigt ist.