[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckkraftstoffleitung
gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1.
[0002] Im Stand der Technik ist es bekannt, bei Verbrennungskraftmaschinen den Kraftstoff
direkt in den Verbrennungsraum einzuspritzen. Hierzu wird mit Drücken von bis zu mehr
als 200 MPa der Kraftstoff über Kraftstoffinjektoren direkt in den Verbrennungsraum
der Kraftmaschine eingespritzt. Solche Kraftstoffverteilersysteme werden auch Commonrail-Systeme
genannt. Insbesondere finden diese Einsatz bei Dieselmotoren, zunehmend mehr jedoch
auch bei Motoren, die mit Otto-Kraftstoff betrieben werden.
[0003] Innerhalb der Leitungen herrscht somit ein Druck von bis zu mehr als 200 MPa, wobei
aufgrund der Einspritzung durch die Injektoren es innerhalb der Leitung zu Druckpulsationen
kommt, die an die Wandungsfläche der Leitungen sowie die Anbauteile entsprechend übertragen
werden.
[0004] An den Leitungen, insbesondere auch an den Halterungen der Leitungen, kann es somit
zur Ausbildung von Mikrorissen oder sonstigen Beschädigungen kommen.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit
dem eine Hochdruckkraftstoffleitung kostengünstig und einfach herstellbar ist, die
eine konstruktiv einfache und langlebige Anbindungsmöglichkeit an einer Halterung
aufweist.
[0006] Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung
einer Hochdruckkraftstoffleitung gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
[0007] Vorteilhafte Ausführungsvarianten des vorliegenden Verfahrens sind Bestandteil der
abhängigen Patentansprüche.
[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckkraftstoffleitung,
wobei ein Halter mit der Hochdruckkraftstoffleitung gekoppelt wird, ist gekennzeichnet
durch folgende Verfahrensschritte:
- Bereitstellung eines Rohrs,
- zumindest abschnittsweise in Längsrichtung des Rohres vergrößern des Durchmessers
zur Herstellung eines Aufnahmeabschnittes durch Stauchrundkneten,
- Aufpressen eines Halters auf den Aufnahmeabschnitt.
[0009] Im Rahmen der Erfindung wird somit eine Hochdruckkraftstoffleitung bereit gestellt,
die insbesondere als direkte Hochdruckkraftstoffleitung an einer Verbrennungskraftmaschine
über einen Halter mit dieser gekoppelt ist. Von der Hochdruckkraftstoffleitung können
im Rahmen der Erfindung dann jeweils Zu- bzw. Ableitungen ausgehen, die damit verbundene
Kraftstoffinjektoren über einen Hochdruck mit Kraftstoff versorgen.
[0010] Zur Herstellung wird erfindungsgemäß ein Rohr bereitgestellt, bei dem es sich um
ein Rohr handelt, das die zu erwartenden Drücke von bis zu mehr als 200 MPa aushält,
ohne dabei zu bersten oder sonstige Beschädigungen zu erleiden. Dabei kann es sich
um ein nahtloses Rohr oder aber auch um ein längsnahtgeschweißtes Rohr handeln.
[0011] Das Rohr weist insbesondere eine Länge zwischen 10 und 100 cm, ganz besonders bevorzugt
zwischen 10 und 70 cm auf, so dass es im Bereich eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors
montierbar ist und in Verbindung mit Kraftstoffinjektoren gebracht wird.
[0012] Das bereitgestellte Rohr wird in seiner Längsrichtung zumindest abschnittsweise erfindungsgemäß
durch einen Stauchrundknetvorgang bearbeitet, so dass sein Außendurchmesser zur Herstellung
eines Aufnahmeabschnittes vergrößert wird. Dabei kann es sich im Rahmen der Erfindung
um ein Vergrößern des Außendurchmessers bei im Wesentlichem gleichbleibender Wandstärke
handeln oder aber auch alternativ um ein Erhöhen der Wandstärke bei gleichbleibendem
Innendurchmesser, so dass sich hierdurch der Außendurchmesser erhöht.
[0013] Im Anschluss daran wird auf den Aufnahmeabschnitt ein Halter mit einer Öffnung aufgepresst,
so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Halter und Aufnahmeabschnitt hergestellt
ist. Der Halter selbst wird dann wiederum dazu genutzt, einen festen Abstand zu einer
Verbrennungskraftmaschine herzustellen und an einem freien Ende mit der Verbrennungskraftmaschine
formschlüssig gekoppelt zu werden. Bei dem Halter handelt es sich ganz besonders bevorzugt
um einen metallischen Halter, der durch ein Gießverfahren hergestellt ist, mithin
um einen Gußhalter.
[0014] Das erfindungsgemäße Stauchrundknetverfahren wird bevorzugt auf einer Stauchrundknetvorrichtung
derart durchgeführt, dass radial umlaufend verteilte Stauchrundknetwerkzeuge pulsierend
in Radialrichtung zu einem gemeinsamen Mittelpunkt vor und zurück bewegt werden, wobei
das radial davon umschlossene Rohr umformtechnisch bearbeitet wird. Das Rohr wird
dabei selbst in seiner Längsrichtung pulsierend oder aber kontinuierlich durch die
Stauchrundknetvorrichtung hindurch geschoben, wobei insbesondere im Rahmen der Erfindung
ein Gegenhalterdorn sowie ein Innendorn innerhalb des Rohres angeordnet sind. Aufgrund
des Gegenhalterdorns erfolgt eine derartige Stauchung, dass ein Fließen des Materials
derart herbeigeführt wird, dass sich die Wandstärke lokal erhöht und sich der Außendurchmesser
vergrößert und/oder dass sich der Außendurchmesser vergrößert bei im Wesentlich gleichbleibender
Wandstärke. Weiterhin bevorzugt wird die Außenmantelfläche des Aufnahmeabschnittes
als Polygon und/oder Verzahnung ausgebildet.
[0015] Im Falle eines Polygons handelt es sich um eine Außenmantelfläche in Form eines Vieleckes,
wobei die Kontur des Vieleckes ebenfalls durch das Stauchrundknetwerkzeug eingebracht
wird. Beispielsweise wird ein 12-, 20-oder aber 30- seitiges Vieleck ausgebildet,
wobei die jeweiligen Ecken durch flächige Abschnitte miteinander verbunden sind. Gerade
der Stauchrundknetprozess ermöglicht hierbei die weitestgehend freie Gestaltung der
Außenmantelfläche des Aufnahmeabschnittes gegenüber einer im Wesentlichen kreisrunden
Außenmantelfläche des Ausgangsrohres.
[0016] Im Falle einer Verzahnung handelt es sich um eine entsprechende Außenprofilierung,
die auf den Aufnahmeabschnitt durch den Stauchrundknetvorgang aufgebracht wird. Im
Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, auf dem Polygonabschnitt jeweils
die Oberfläche nochmals zu verzahnen.
[0017] Weiterhin besonders bevorzugt wird das Rohr abschnittsweise, vorzugsweise an dem
Längenabschnitt, der zu dem Aufnahmeabschnitt umgeformt wird, erwärmt, insbesondere
durch eine Induktionsspule. Die Induktionsspule ist insbesondere dem Stauchrundknetvorgang
in Einschubrichtung des Rohres vorgeschaltet, so dass bei Passieren des Abschnittes,
der zu einem Aufnahmeabschnitt umgeformt werden soll, eine lokale Erwärmung durch
die Induktionsspule herbeigeführt werden kann. Hierdurch entsteht ein Bereich mit
einer verringerten Fließspannung, was den nachfolgenden Stauchrundknetvorgang begünstigt.
[0018] Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls möglich, das gesamte Rohr nach Abschluss
des Stauchrundknetvorganges vollständig zu vergüten, beispielsweise vollständig wärmezubehandeln,
so dass ein gleichmäßiger Spannungszustand innerhalb des Werkstoffes des gesamten
Rohres hergestellt ist.
[0019] Insbesondere findet die Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 50 und 200 Grad Celsius
statt, wobei eine Fließspannung zwischen 200 und 400 MPa, insbesondere zwischen 250
und 350 MPa und besonders bevorzugt von ca. 300 MPa erzeugt wird. Insbesondere wird
ein Stahlwerkstoff verwendet, ganz besonders der Stahlwerkstoff 1.4301 oder 1.4307.
[0020] Durch die zumindest lokale Aufdickung des Aufnahmeabschnittes wird mit dem weiterhin
bereitgestellten Halter, insbesondere dem Gußhalter, bei Aufpressen des Gußhalters
eine Übermaßpassung, mithin eine Presspassung, hergestellt. Dies bedeutet, dass eine
Innenmantelfläche des Halters immer, auch unter Berücksichtigung der Produktionstoleranzen,
einen kleineren Durchmesser aufweist als die Außenmantelfläche des Aufnahmeabschnittes.
Im Falle eines mehreckigen Aufnahmeabschnittes wird der Außendurchmesser insbesondere
derart gewählt, dass er als Kreis die Ecken des Vieleckes einschließt. Hierdurch wird
dann eine Übermaßpassung zwischen den im Wesentlichen Ecken des Vieleckes sowie der
Innenmantelfläche des Gußhalters hergestellt.
[0021] Weiterhin bevorzugt wird der Aufnahmeabschnitt mit dem Gußhalter thermisch gefügt,
vorzugsweise durch ein Lötverfahren. Mithin wird eine Halterung mit besonders hoher
Festigkeit bereitgestellt, die zum einen durch den Formschluss der Übermaßpassung,
zum anderen durch den Stoffschluss des thermischen Fügeverfahrens, insbesondere des
Lötverfahrens, eine sichere und dauerhaltbare Verbindung herstellt. Eine solche Verbindung
ist unempfindlich gegenüber den in der Hochdruckkraftstoffleitung auftretenden Druckpulsationen.
[0022] Weiterhin besonders bevorzugt ist zwischen einer Innenmantelfläche der Öffnung des
Halters und der Außenmantelfläche des Aufnahmeabschnittes mindestens ein Zwischenraum
ausgebildet, wobei das Lot des Lötverfahrens in den Zwischenraum fließt und hier einen
Stoffschluss zwischen Innenmantelfläche und Außenmantelfläche herstellt. Im Rahmen
der Erfindung wird der Zwischenraum insbesondere bei Ausbildung des Aufnahmeabschnittes
als Polygon und dazu korrespondierender kreisrunder Innenmantelfläche des Halters
mehrfach ausgebildet, so dass radial umlaufend Lot in die Zwischenräume fließen kann.
[0023] Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls möglich, den Halter beispielsweise durch
thermische Behandlung auf den Aufnahmeabschnitt aufzuschrumpfen. Hierbei wird der
Halter zumindest im Bereich der Öffnung erwärmt, so dass er sich weitet und nach Aufsetzen
auf den Aufnahmeabschnitt abkühlt, so dass die Übermaßpassung hergestellt wird.
[0024] Weiterhin wird besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung in einem Übergang zwischen
Außenmantelfläche des Rohres und Außenmantelfläche des Aufnahmeabschnittes ein Radius
ausgebildet, bzw. ein fließender Übergang ausgebildet, so dass es hier zu einer Verringerung
der lokal auftretenden Spannungsspitzen kommt. Die Außenmantelfläche zwischen Aufnahmeabschnitt
und Rohr ist somit dauerhaltbarer gegenüber der Bildung von Mikrorissen ausgebildet
als es bei einer Außenmantelfläche der Fall ist, die sprungartig eine Änderung des
Außenradius erfährt.
[0025] Im Rahmen der Erfindung kann die so hergestellte Hochdruckkraftstoffleitung dann
mit weiteren Anbauteilen gekoppelt werden. Beispielsweise können im Rahmen der Erfindung
dann Anschlussstutzen an die Kraftstoffleitung gelötet werden, die zur Koppelung mit
einem Kraftstoffinjektor verwendet werden.
[0026] Die zuvor genannten Verfahrensschritte sind im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander
kombinierbar, mit den damit einhergehenden Vorteilen.
[0027] Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung
sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden
in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der
Erfindung. Es zeigen:
- Figur 1
- eine erfindungsgemäße Hochdruckkraftstoffleitung in einer perspektivischen Ansicht,
- Figur 2
- einen Längenabschnitt einer erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffleitung mit Aufnahmeabschnitt,
- Figur 3
- einen Querschnitt durch die Hochdruckkraftstoffleitung gemäß Schnittline III-III und
- Figur 4
- einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochdruckkraftstoffrohr während der
Herstellung.
[0028] In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen
verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
[0029] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hochdruckkraftstoffleitung 1, wobei die Kraftstoffleitung
aus einem Kraftstoffrohr 2 sowie an dem Kraftstoffrohr 2 ausgebildeten Anschlussstutzen
3 zur Koppelung mit nicht näher dargestellten Injektoren ausgebildet ist. Ferner weist
das Kraftstoffrohr 2 einen Rücklaufstutzen 4 auf, durch den nicht verwendeter Kraftstoff
zu einem nicht näher dargestellten Kraftstofftank zurückfließt. Ebenfalls ist ein
Einlassstutzen 5 ausgebildet, der mit einer nicht näher dargestellten Kraftstoffleitung
zur Zuführung des Kraftstoffes verbindbar ist. An dem Kraftstoffrohr 2 sind erfindungsgemäß
Halter 6 angebracht, die mittels Montageöffnungen 7 an einem Zylinderkopf einer nicht
näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine gekoppelt werden.
[0030] Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffrohrs
2, wobei das Kraftstoffrohr 2 in seiner Längsrichtung 8 einen Längenabschnitt 9 aufweist,
der in seinem Außendurchmesser D9 gegenüber dem Außendurchmesser D2 des Kraftstoffrohres
2 vergrößert ausgebildet ist. Dieser Längenabschnitt 9 ist als Aufnahmeabschnitt 10
ausgebildet, wobei der Aufnahmeabschnitt 10 in der hier dargestellten Variante als
Polygon ausgebildet ist. Auf dem Aufnahmeabschnitt 10 ist ein Ring 11 des Halters
6 mittels einer Übermaßpassung aufgesetzt, so dass eine formschlüssige Koppelung zwischen
einer Innenmantelfläche 13 einer Öffnung 12 des Ringes 11 und einer Außenmantelfläche
14 des Aufnahmeabschnittes ausgebildet wird.
[0031] Figur 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III aus Figur 2, wobei
hier zu erkennen ist, dass die Innenmantelfläche 13 des Ringes 11 mit der Außenmantelfläche
14 des Aufnahmeabschnittes 10 formschlüssig gekoppelt ist, wobei der Formschluss zwischen
Innenmantelfläche 13 sowie den Ecken 15 des Polygons ausgebildet ist. In den Zwischenräumen
16 verbleiben schlitzartige Öffnungen, die sich in Längsrichtung erstrecken. In diese
schlitzartigen Öffnungen kann durch einen nicht näher dargestellten thermischen Fügeprozess,
beispielsweise ein Lötverfahren, ein Lot einfließen, das dann einen zusätzlichen Stoffschluss
zwischen Außenmantelfläche 14 des Aufnahmeabschnittes 10 und Innenmantelfläche 13
des Ringes 11 ausbildet.
[0032] Figur 4 zeigt auszugsweise ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, bei dem das
Kraftstoffrohr 2 durch eine Induktionsspule 17 hindurch in einer Einschubrichtung
18 in eine Stauchrundknetvorrichtung 19 eingeführt wird. Das Ende 20 des Kraftstoffrohrs
2 wird dabei durch einen Gegenhalterdorn 21 entgegen der Einschubrichtung 18 gekontert
und durch einen Innendorn 22 wird das Rohr 2 daran gehindert, durch den Umformprozess
einen Innendurchmesser Di zu verringern. Der Außendurchmesser des Längenabschnittes
9, der zu dem Aufnahmeabschnitt 10 umgeformt wird, wird auf den Außendurchmesser D9
durch Vergrößerung der Wandstärke W9 im Bereich des Aufnahmeabschnittes 10 vergrößert,
gegenüber einem Außendurchmesser D2 des restlichen Kraftstoffrohres 2 und einer Wandstärke
W2 ebenfalls des rechtlichen Kraftstoffrohres 2. Die Stauchrundknetvorrichtung 19
weist dazu umlaufende Stauchrundknetwerkzeuge 23 auf, die hier exemplarisch als zwei
Werkzeuge dargestellt sind, die eine pulsierende Knetbewegung in translatorischer
Richtung 24 durchführen. Dabei kann erfindungsgemäß nicht nur der Außendurchmesser
D9 aufgeweitet werden, sondern es können auch entsprechende Außenmantelflächen 14
mit Profilierungen, beispielsweise in Form eines Polygons, durch den Stauchrundknetvorgang
hergestellt werden.
[0033] Weiterhin ist in Figur 4 zu erkennen, dass in einem Übergangsbereich Ü ein Radius
ausgebildet ist, so dass vom Außendurchmesser D2 zu dem Außendurchmesser D9 ein fließender
Übergang erfolgt, der im Falle von auftretenden Spannungen innerhalb der Wandstärke
W des Rohres 2 zu einem Spannungsspitzenabbau führt.
Bezugszeichen:
[0034]
- 1 -
- Hochdruckkraftstoffleitung
- 2 -
- Kraftstoffrohr
- 3 -
- Anschlussstutzen
- 4 -
- Rücklaufstutzen
- 5 -
- Einlassstutzen
- 6 -
- Halter
- 7 -
- Montageöffnung
- 8 -
- Längsrichtung zu 2
- 9 -
- Längenabschnitt
- 10 -
- Aufnahmeabschnitt
- 11 -
- Ring zu 6
- 12 -
- Öffnung zu 11
- 13 -
- Innenmantelfläche zu 12
- 14 -
- Außenmantelfläche zu 10
- 15 -
- Ecke
- 16 -
- Zwischenraum
- 17 -
- Induktionsspule
- 18 -
- Einschubrichtung
- 19 -
- Stauchrundknetvorrichtung
- 20 -
- Ende zu 2
- 21 -
- Gegenhalterdorn
- 22 -
- Innendorn
- 23 -
- Stauchrundknetwerkzeug
- 24 -
- translatorische Richtung
- W2 -
- Wandstärke zu 2
- W9 -
- Wandstärke zu 9
- D2 -
- Außendurchmesser zu 2
- D9 -
- Außendurchmesser zu 9
- Di -
- Innendurchmesser
- Ü -
- Übergangsbereich
1. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckkraftstoffleitung (1), wobei ein Halter (6)
mit der Hochdruckkraftstoffleitung (1) gekoppelt wird,
gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines Rohrs,
- Zumindest abschnittsweises in Längsrichtung des Rohres Vergrößern des Außendurchmessers
(14) zur Herstellung eines Aufnahmeabschnittes (10) durch Stauchrundkneten,
- Aufpressen eines Halters (6) auf den Aufnahmeabschnitt (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeabschnitt (10) die Wandstärke (W9) aufgedickt wird oder der Außendurchmesser
(D9) bei im Wesentlichen gleichbleibender Wandstärke vergrößert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche (14) des Aufnahmeabschnitts (10) als Polygon und/oder Verzahnung
ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr abschnittsweise, vorzugsweise an dem Längenabschnitt (9), der zu dem Aufnahmeabschnitt
(10) umgeformt wird, erwärmt wird, insbesondere durch eine Induktionsspule (17).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 50 und 200 Grad Celsius vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Halter (6) und dem Aufnahmeabschnitt (10) eine Übermaßpassung ausgebildet
wird, wobei der Halter (6) mit einer Öffnung (12) auf den Aufnahmeabschnitt (10) aufgepresst
wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (6) mit dem Aufnahmeabschnitt (10) thermisch gefügt wird, vorzugsweise
durch ein Lötverfahren.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Innenmantelfläche (13) der Öffnung (12) und der Außenmantelfläche
(14) des Aufnahmeabschnittes (10) mindestens ein Zwischenraum (16) verbleibt, wobei
insbesondere Lot in den Zwischenraum (16) fließt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergang zwischen Rohr und Aufnahmeabschnitt (10) ein Radius ausgebildet
wird.