DE10012961A1

DE10012961A1 - Bauteil, insbesondere Hochdruckteil für Kraftstoff-Einspritzsysteme, und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils

Info

Publication number: DE10012961A1
Application number: DE10012961A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking; Steffen Jung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-20
Also published as: RU2001133351A; WO2001069074A1; EP1190172A1; US20020113150A1; JP2003527531A; KR20020023219A; CZ20014107A3; US6634335B2

Abstract

Bei einem Bauteil, insbesondere Hochdruckteil (10, 10a) für Kraftstoff-Einspritzsysteme, mit sich verschneidenden Bohrungen (11, 12) ist zumindest eine (11) der beiden Bohrungen (11, 12) abgeflacht ausgebildet, und das Bauteil (10, 10a) weist im Bereich der Bohrungsabflachung (16, 21, 27) Druckeigenspannungen auf. DOLLAR A Hierdurch lässt sich eine Festigkeitserhöhung des Bauteils (10, 10a) im Bereich der Verschneidungsstelle (13) der beiden Bohrungen (11, 12) erreichen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 und auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Zum Stand der Technik werden die GB 2 322 919, 2 322 920, 2 322 321 und 2 322 922 sowie die DE 198 08 894.A1 genannt.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind von einer Vielzahl mög licher Bauteile, die im Inneren sich verschneidende Bohrungen besitzen, insbe sondere die sogenannten CR-Injektoren (CR = Common Rail) von Interesse. Da diese Bauteile in Kraftstoff-Einspritzsystemen nicht nur unter sehr hohem Innendruck stehen, sondern darüber hinaus der Innendruck periodisch starken Schwankungen unterworfen ist (sogenannter schwellender Innendruck), müssen entsprechend hohe Festigkeitsanforderungen gestellt werden. Hierbei kommt es in erster Linie auf die Festigkeit der Bohrungsverschneidungen an.

Aufgabe der Erfindung ist eine weitere Erhöhung der Festigkeit von Bohrungs verschneidungen in Bauteilen der genannten Art gegen die auftretenden Innen druckbelastungen.

Vorteile der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Bauteil der eingangs be zeichneten Gattung in gegenständlicher Hinsicht durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können - was deren gegenständlichen Teil anbelangt - den Patentansprüchen 2-7 und - was den verfahrensmäßigen Erfindungsteil betrifft - den Patentansprüchen 8-15 entnommen werden.

Aufgrund der erfindungsgemäßen spanlosen Umformung des Bauteils, insbe sondere durch Druckbeaufschlagung von außen, lässt sich - ohne großen technischen und kostenmäßigen Aufwand - eine gezielte Bohrungsabflachung an der Verschneidungsstelle der betreffenden Bohrungen erzielen, wobei vorzugsweise die in den Patentansprüchen 2-6 vorgeschlagenen Merkmale beachten werden sollten.

Die angestrebte Erhöhung der Festigkeit des Bauteils ergibt sich hierbei durch gezielt erzeugte Druckeigenspannungen direkt an der höchstbelasteten Stelle des Bauteils, den Bohrungsverschneidungen. Durch die erhöhte Festigkeit des Bauteils an den genannten extrem belasteten Stellen wird im übrigen auch eine bessere Werkstoffausnutzung erreicht.

Zeichnungen

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden detailliert beschrieben werden. Es zeigt (jeweils schematisch und in gegenüber der natürlichen Größe stark vergrößerter Darstellung):

Fig. 1 eine Ausführungsform eines CR-Injektors, im Querschnitt dargestellt, wobei das Bauteil noch unverformt ist,

Fig. 2 den Gegenstand von Fig. 1, in Querschnittsdarstellung ent sprechend Fig. 1 (Schnitt II-II in Fig. 3), nach spanloser Um formung des Bauteils,

Fig. 3 den Gegenstand von Fig. 2, in Pfeilrichtung "A" betrachtet,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1-3 etwas abgewandelte Variante eines CR-Injektors, in Querschnittsdarstellung entsprechend Fig. 1 oder 2, bei noch unverformtem Bauteil,

Fig. 5 den Gegenstand von Fig. 4, in entsprechender Querschnitts darstellung, jedoch nach spanloser Umformung des Bauteils,

Fig. 6 einen CR-Injektor gemäß Fig. 1, in entsprechender Querschnitts darstellung (Schnitt VI-VI in Fig. 7), mit eingeschobener Matrize, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1-3 bezeichnet 10 ein im wesentlichen zylindrisches Bauteil, bei dem es sich um einen Teil des sogenannten CR-Injektors handelt. Das Bauteil 10 besitzt in seinem aus Fig. 1 ersichtlichen vorgefertigten Zustand eine durchgehende Bohrung 11 mit Kreisquerschnitt. Eine zweite Bohrung 12 wesentlich kleineren Querschnitts mündet im rechten Winkel zu der ersten Bohrung 11 bei 13 in diese ein. Fig. 1 und 2 machen deutlich, dass sich die Mittelachsen 14, 15 der beiden sich bei 13 verschneidenden Bohrungen 11, 12 nicht im Zentrum des Bauteils 10 treffen. Die zweite Bohrung 12 mündet also exzentrisch in die erste Bohrung 11 ein.

Fig. 2 läßt erkennen, dass die - im teilbearbeiteten Zustand nach Fig. 1 noch kreisrunde - erste Bohrung 11 im Bereich der Verschneidungsstelle 13 der beiden Bohrungen 11, 12 eine Abflachung 16 aufweist. Die Abflachung 16 ist gezielt be absichtigte Folge einer durch Druckbeaufschlagung von außen (in Pfeilrichtung 17) mittels eines rechteckförmigen Stempels 18 (siehe Fig. 1) bewirkten spanlosen Umformung des Bauteils 10.

Hierdurch ergibt sich, wie Fig. 2 und 3 zeigen, am äußeren Umfang des Bauteils 10 eine nutenförmige Verformung 19, die sich jedoch - ebenso wie die durch die Druckbeaufschlagung erzeugte Abflachung 16 - ausschließlich auf den Bereich der zweiten Bohrung 12 bzw. deren Verschneidungsstelle 13 mit der ersten Bohrung 11 beschränkt. Hierdurch werden in dem Bereich um die Verschneidungsstelle 13 herum Druckeigenspannungen aufgebaut, die sich im Sinne einer erheblichen Festigkeitserhöhung des Bauteils 10 in diesem Bereich auswirken. Hierzu muß bemerkt werden, dass der Materialbereich der Umgebung der Verschneidungsstelle 13 der beiden Bohrungen 11, 12 infolge der schwellenden Druckbeanspruchung durch das die Bohrungen durch strömende flüssige Medium (z. B. Kraftstoff) extremen Festigkeitsanforderungen ausgesetzt ist.

Das in Fig. 4 und 5 dargestellte und dort mit 10a bezifferte Bauteil ist ganz ähnlich aufgebaut wie das Bauteil 10 nach Fig. 1-3. Insbesondere besitzt es ebenso wie letzteres eine durchgehende Bohrung 11 großen Durchmessers und eine in diese unter rechtem Winkel exzentrisch einmündende zweite Bohrung 12 wesentlich kleineren Durchmessers. Ein Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1-3 besteht darin, dass das Bauteil 10a in seinem verarbeiteten Zustand (Fig. 4) eine nichtdurchgehende Startbohrung 20 aufweist, die auf die Ver schneidungsstelle 13 der beiden Bohrungen 11, 12 gerichtet ist. Zur Erzeugnung einer örtlichen Abflachung 21 der Bohrung 11 unmittelbar an der Einmündungs stelle 13 der Bohrung 12 (siehe Fig. 5) wird in die Startbohrung 20 ein Stempel 22 (siehe Fig. 4) eingeführt und in Pfeilrichtung 23 kraftbeaufschlagt. Der Stempel 22 kann kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Hinsichtlich der hierdurch bewirkten Festigkeitssteigerung im Bereich der Verschneidungsstelle 13 gilt das diesbezüglich zur Ausführungsform nach Fig. 1-3 Gesagte entsprechend.

Eine Besonderheit der Variante nach Fig. 6 und 7 besteht darin, dass in die durchgehende Bohrung 11 des - im übrigen der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechenden - Bauteils 10 eine insgesamt mit 24 bezeichnete Matrize einge legt ist.

Wie insbesondere aus Fig. 6 hervorgeht, besteht die Matrize 24 aus zwei im wesentlichen horizontal unterteilten "Hälften" 25, 26, die - zusammenge fügt - einen Kreisquerschnitt der Matrize 24 ergeben, der dem Querschnitt der Bohrung 11 entspricht. Die obere Hälfte 26 der Matrize 24 besitzt an der Ver schneidungsstelle 13 der beiden Bohrungen 11, 12 eine muldenförmige Ver tiefung 27.

Wird nun das Bauteil 10 - entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1-3 - auf Höhe der Bohrung 12 durch einen Stempel 18 in Pfeilrichtung 17 druckbe aufschlagt (vgl. Fig. 1), so verformt sich das Material des Bauteils 10 ent sprechend der vorgenannten Form der Matrizen-Vertiefung 27 und in diese hinein, so dass sich (nur) an der Verschneidungsstelle 13 der beiden Bohrungen 11, 12 eine entsprechende örtliche Abflachung der Bohrung 11 ergibt. Hinsichtlich der hierdurch bewirkten Festigkeitssteigerung im Bereich der Verschneidungs stelle 13 gilt das diesbezüglich zu den Ausführungsformen nach Fig. 1-3 und nach Fig. 4-5 Gesagte entsprechend. Hierbei unterstützen Matrize 24 und muldenförmige Vertiefung 27 die Formgebung der Abflachung und damit das Entstehen der gewünschten Druckeigenspannungen in dem Materialbereich der Verschneidungsstelle 13.

Claims

1. Bauteil, insbesondere Hochdruckteil (10, 10a) für Kraftstoff-Einspritzsysteme, mit sich verschneidenden Bohrungen (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass zu mindest eine (11) von zwei sich verschneidenden Bohrungen (11, 12) abgeflacht ausgebildet ist und das Bauteil (10, 10a) im Bereich der Bohrungsabflachung (16, 21, 27) Druckeigenspannungen aufweist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, mit einer durchgehenden Bohrung (11) und einer in diese unter einem Winkel von 90° oder im wesentlichen 90° einmündenden zweiten Bohrung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die erste durchgehende Bohrung (11) in Einmündungsrichtung der zweiten Bohrung (12) abgeflacht ausgebildet ist (Fig. 2 und 5).

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (16, 21, 27) zumindest einer (11) der beiden sich verschneidenden Bohrungen (11, 12) nur im Bereich der Verschneidungsstelle (13) vorgesehen ist.

4. Bauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die sich verschneidenden Bohrungen (11, 12) unterschiedlich große Durchmesser aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Bohrung (11) größeren Durchmessers abgeflacht ausge bildet ist.

5. Bauteil nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser der einen Bohrung (11) ein Vielfaches des Durchmessers der anderen Bohrung (12) beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Bohrung (11) größeren Durchmessers abgeflacht ist, die Bohrung (12) kleineren Durchmessers dagegen Kreisquer schnitt aufweist.

6. Bauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (12) kleineren Durchmessers exzentrisch in die Abflachung (16, 21, 27) der Bohrung (11) größeren Durchmessers einmündet (Fig. 2, 5 und 6).

7. Bauteil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Abflachung (16, 21, 27) größer als der Durchmesser der kleineren Bohrung (12), jedoch kleiner als der Durchmesser der größeren Bohrung (11) sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine (11) der zunächst Kreisquerschnitt aufweisenden sich verschneidenden Bohrungen (11, 12) durch spanlose Umformung des Bauteils (10), (10a) abgeflacht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung am teilbearbeiteten Bauteil (10, 10a) vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung zur Erzeugung der Abflachung (16, 21, 27) durch Druckaufgabe von außen auf das Bauteil (10, 10a) vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung zur Erzeugung der Abflachung (16, 21, 27) durch Druckbeauf schlagung des Bauteils (10, 10a) mittels eines Stempels (18, 22) etwa an der Stelle (19, 20) der äußeren Mantelfläche des Bauteils (10, 10a) erfolgt, an der sich im Inneren die beiden Bohrungen (11, 12) verschneiden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeauf schlagung durch einen Stempel (18, 22) erfolgt, dessen Abmessungen etwa den gewünschten Konturen der zu erzeugenden Abflachung (16 bzw. 21) entsprechen.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung durch einen Stempel (18) mit Rechteckquerschnitt er folgt (Fig. 1-3).

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung durch einen Stempel (22) mit Kreisquerschnitt oder im wesentlichen Kreisquerschnitt erfolgt, der unter einem spitzen Winkel zu der einmündenden Bohrung (12) auf die gewünschte Stelle der zu erzeugenden Abflachung (21) gerichtet ist (Fig. 4 und 5).

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bohrung (11), die abgeflacht werden soll, eine Matrize (24) eingelegt wird, die an der Stelle (13), die dem Ort der (späteren) Abflachung entspricht, eine den gewünschten Konturen der Abflachung entsprechende Vertiefung (27) aufweist, und dass anschließend die spanlose Umformung des Bauteils (10) erfolgt (Fig. 6 und 7).