Hochdruckverbindung und Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckverbindung

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckverbindung mit zwei aneinander anliegenden Dichtflächen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hochdruckverbindung.

Stand der Technik

Die Dichtigkeit von Hochdruckverbindungen kann dadurch verbessert werden, dass nicht dichtungsrelevante Bereiche durch Fräsen abgesenkt werden, um die lokale Flächenpressung zu erhöhen. Darüber hinaus ist die Verwendung von O-Ringen bekannt, die aus einem beschichteten metallischen Werkstoff gebildet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Dichtigkeit von Hochdruckverbindungen zu verbessern.

Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe ist bei einer Hochdruckverbindung mit zwei aneinander anliegenden Dichtflächen dadurch gelöst, dass mindestens eine der Dichtflächen mit einer partiellen Beschichtung versehen ist. Durch

die partielle Beschichtung wird eine komponentenspezifische Dichtung geschaffen, die für hohe Drücke geeignet ist. Partiell bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass nicht die kom- plette Dichtfläche beschichtet ist, sondern nur ein Teil der Dichtfläche. Dadurch wird auf der Dichtfläche eine Dichtstruktur geschaffen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hochdruck- Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Beschichtung mehrere unterschiedliche Materialien enthält. Die unterschiedlichen Materialien können über- und/oder nebeneinander angeordnet sein .

Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Hochdruckverbindung mit zwei aneinander anliegenden Dichtflächen dadurch gelöst, dass die partielle Be- Schichtung durch elektrochemische Metallabscheidung erzeugt wird. Bei einer vorzugsweisen Verwendung des Galvanoformens erfolgt eine elektrochemische Metallabscheidung partiell nur in definierten Bereichen der Dichtfläche. Das abzuscheidende Materi- al ist auf die Dichtfunktion und den Grundwerkstoff der Dichtfläche abgestimmt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Ab- messungen der partiellen Beschichtung durch Photolithographie mit einer Fotomaske erzeugt werden. Durch Photolithographie werden die Bereiche definiert, in denen die elektrochemische Metallabscheidung durch Galvanoformen erfolgt. Es wird zwischen

einem so genannten Positivresist und einem so genannten Negativresist unterschieden. Bei einem Ne- gativresist wird ein Resist an den Stellen vernetzt, die vorzugsweise mit UV-Licht beaufschlagt werden. Dadurch wird der Resist an diesen Stellen in einem anschließenden Entwicklungsprozess unlöslich. Bei dem Positivresist wird der Resist an den Stellen, die vorzugsweise mit UV-Licht beaufschlagt werden, "zerstört". Im anschließenden Entwicklungs- prozess wird der Resist an diesen Stellen "herausgewaschen". Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise Negativresiste in Form von Fo- lienresisten verwendet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Abmessungen der partiellen Beschichtung durch Laserstrahlung definiert werden. Die Laserstrahlung ermöglicht auf einfache Art und Weise ei- ne partielle Beschichtung der Dichtfläche. Dabei kann die Laserstrahlung zur Belichtung des Fotoresists verwendet werden. Die Laserstrahlung kann a- ber auch zum gezielten Abtragen eines Maskierungsmaterials verwendet werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Fotoresist vorkonfektioniert wird, um eine Zielgeometrie zu erzeugen. Beim Vorkonfektionieren wird die Zielgeometrie durch Stanzen, Schneiden oder Laserbearbeitung in den Fotoresist eingearbeitet. Dabei wird ein Fotoresist in Folienform verwendet, wie er zum Beispiel in der Leiterplattenfertigung eingesetzt wird. Der Fotoresist in Folienform ist

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zum Beispiel 30 cm breit und über 100 m lang. Vorkonfektionieren heißt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Größe des Resists auf die zu bearbeitende Fläche angepasst wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der vorkonfektionierte Fotoresist auf die Dichtfläche aufgebracht wird. Vorzugsweise wird ein Folienre- sist mit einer Trägerfolie verwendet. Es ist aber auch möglich, einen Flüssigresist zu verwenden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Dichtfläche aufgebrachte Fotoresist fotostrukturiert wird, um die seitlichen Abmessungen der partiellen Beschichtung zu definieren. Das Fotostrukturieren erfolgt vorzugsweise durch die Maske und einen Belichter. Das Fotostrukturieren kann a- ber auch durch die gezielte Einwirkung von Laserstrahlen erfolgen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion einer durch die partielle Beschichtung gebildeten Dichtung durch Material und Form der partiellen Beschichtung eingestellt wird. Dabei wird zum Beispiel ein relativ weiches Material zur Anpassung an eine vorgegebene Rauigkeit der Dichtflä- che oder zum Ausgleich von Unebenheiten einer Gegenfläche verwendet. Ein relativ hartes Material kann verwendet werden, um eine Funktion einer Beißkante darzustellen, die in die Gegenfläche gedrückt wird. Durch mehrlagige Verfahren mit unterschiedli-

chen Materialkombinationen können die Eigenschaften und die Funktion der Dichtung nahezu beliebig erweitert werden.

Zeichnung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich- nung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Figur 1 eine Dichtfläche einer herkömmlichen

Hochdruckverbindung und

Figur 2 eine Dichtfläche einer erfindungsgemäßen

Hochdruckverbindung .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein im Wesentlichen kreiszylinder- förmiger Kraftstoffinjektorkörper 1 in der Draufsicht dargestellt. Der Kraftstoffinjektorkörper 1 umfasst eine zentrale Niederdruckbohrung 3 sowie eine Hochdruckbohrung 5 und eine weitere Niederdruckbohrung 6, die radial außerhalb der zentralen Niederdruckbohrung 3 angeordnet sind. Die Bohrungen 3, 5 und 6 münden in eine gemeinsame Dichtfläche 8. Die Dichtfläche 8 des Kraftstoffinjektorkörpers 1 kommt im zusammengebauten Zustand an einer weiteren Dichtfläche eines (nicht dargestellten) weiteren Teils einer Kraftstoffinjektors zur Anlage. Im zusammengebauten Zustand werden die beiden Dichtflächen fest gegeneinander verspannt, um eine druck-

dichte Verbindung zwischen den Bohrungen 3, 5 und 6 und weiteren Bohrungen in dem weiteren Kraftstoffinjektorteil zu schaffen, die fluchtend zu den Bohrungen 3, 5 und 6 verlaufen.

In Figur 1 ist durch einen schraffierten Bereich 10 angedeutet, dass zwischen den Bohrungen 3, 5 und 6 vorhandene nicht dichtungsrelevante Bereiche abgesenkt sind. Durch das Absenken der nicht dichtungs- relevanten Bereiche 10 wird die lokale Flächenpressung erhöht. Das Absenken der nicht dichtungsrelevanten Bereiche 10 kann durch Fräsen erfolgen. Das Fräsen ist jedoch relativ aufwendig und teuer. Außerdem sind die durch Fräsen darstellbaren Struktu- ren durch das Fräswerkzeug begrenzt.

In Figur 2 ist ein ähnlicher Kraftstoffinjektorkör- per 21 wie in Figur 1 dargestellt. Der Kraftstoffinjektorkörper 21 umfasst eine zentrale Nieder- druckbohrung 3 und eine Hochdruckbohrung 5 und eine weitere Niederdruckbohrung 6. Die Bohrungen 3 und 5, 6 münden in eine Dichtfläche 8, die die Gestalt einer Kreisfläche aufweist.

Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektorkörper 1 sind bei dem in Figur 2 dargestellten Kraftstoffinjektorkörper 21 dichtungsrelevante Bereiche 23, 24 und 26, 27 erhöht. Der dichtungsrelevante Bereich 23 hat die Gestalt einer Kreisringscheibe, welche die Mündung der Hochdruckbohrung 3 in die Dichtfläche 8 umgibt. Der dichtungsrelevante Bereich 24 hat die Gestalt einer Kreisringscheibe, die konzentrisch zu der Hochdruckbohrung 3 und dem dichtungsrelevanten Bereich

23 in der Nähe des äußeren Umfangsrandes der Dichtfläche 8 angeordnet ist. Die dichtungsrelevanten Bereiche 26 und 27 haben jeweils die Gestalt einer Kreisringscheibe, welche die zugehörige Mündung der Hochdruckbohrungen 5, 6 in die Dichtfläche 8 umgeben .

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die dichtungsrelevanten Bereiche 23, 24 und 26, 27 erhaben zu der Dichtfläche 8 ausgebildet. Das Erhöhen der dichtungsrelevanten Bereiche 23, 24 und 26, 27 erfolgt durch partielles Beschichten mittels Galvanoformens. Beim erfindungsgemäßen Galvanoformen handelt es sich um eine Kom- bination von Fotolithographie und elektrochemische Metallabscheidung. Das abzuscheidende Material ist auf die Dichtfunktion und den Grundwerkstoff des Kraftstoffinjektorkörpers 21 abgestimmt. Das Materialspektrum kann von weich, zum Beispiel Indium, bis hart, zum Beispiel durch eine Nickel-Wolfram- Legierung, eingestellt werden.

Es können auch mehrere unterschiedliche Materialien nebeneinander oder übereinander kombiniert werden. Dadurch erhält man große Freiheitsgrade bezüglich der zu realisierenden Dichtungsgeometrie. Darüber hinaus ermöglicht der Lithographieprozess eine sehr hohe Präzision. Dadurch kann die Dichtung optimal an das mit der Dichtung zu versehende Bauteil ange- passt werden. Die Geometrie der Dichtung wird lateral durch eine Fotomaske oder durch eine gezielte Laserdirektstrukturierung definiert. Die Höhe der Dichtung kann durch Galvanoformen frei bestimmt werden. Dabei sind Dichtungshöhen von 0,5 μm bis

mehrere 100 μm möglich. Die zu verwendende Re- sisthöhe und die Galvanikhöhe sind aufeinander abzustimmen. Durch hohe Abscheidegeschwindigkeiten, die mit hohen Stromdichten verbunden sind, können auch dickere Schichten schnell hergestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein vorkonfektionierter Fotoresist mit anschließender Fotostrukturierung verwendet. Dabei wird vor- zugsweise ein Folienresist verwendet, bei dem die Zielgeometrie beim Vorkonfektionieren durch Stanzen oder Schneider oder Laserbearbeitung eingearbeitet wird. Der Resist verbleibt dabei auf seiner Trägerfolie oder wird nach dem Konfektionieren wieder auf diese aufgebracht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich Fotoresiste in Folienform als vorteilhaft erwiesen, wie sie zum Beispiel in der Leitplattenfertigung eingesetzt werden. Ein solcher Fotoresist ist vorzugsweise 30 cm breit und über 100 m lang. Vorkonfektionieren heißt in diesem Zusammenhang, dass die Größe des Resists an die zu bearbeitende Fläche angepasst wird. Ein vorkonfektionierter Resist ähnelt einer Rolle mit runden "Klebeetiketten". Diese Klebeetiketten passen genau auf die gesamte Dichtfläche 8 in Figur 2. Nach dem Aufbringen der "Klebeetiketten" folgt die Foto- strukturierung des Resists.

Die spezifische Dichtstruktur (23, 24, 26, 27 in Figur 2) wird direkt auf der Dichtfläche des Bauteils durch Galvanoformung erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Dichtung läuft wie folgt ab. Zunächst wird die Dichtfläche (8 in Figur 2) vorbehandelt, insbesondere entfettet. An-

schließend wird ein vorkonfektionierter, an die Bauteilgeometrie angepasster Folienresist auf die Dichtfläche aufgebracht. Das Aufbringen des Folien- resists erfolgt unter einem vorbestimmten Druck und mit einer definierten Temperatur. Anstelle eines Folienresists kann auch ein Flüssigresist aufgebracht werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Fo- tostrukturierung des Resists. Vorzugsweise erfolgt die Fotostrukturierung durch eine entsprechende Maske mit Hilfe einer Belichtungseinrichtung. Die Fotostrukturierung kann aber auch direkt mit Hilfe einer Lasereinrichtung aufgebracht werden. An- schließend werden die nicht belichteten Bereiche entwickelt, das heißt der Resist wird partiell entfernt. Daraufhin werden die in dem vorherigen Schritt freigelegten Bereiche mit einer Beschich- tung versehen. Schließlich wird der übrige Resist entfernt. Als Dichtungsmaterial wird zum Beispiel Indium verwendet. Beim Verschrauben von zwei Baugruppen fließt das Dichtungsmaterial, wobei Rauig- keiten und geringste Formabweichungen verschlossen werden. Dabei sollte ein definierter Abstand zu den Bohrungen und Außenkanten eingehalten werden.