Aus der Praxis sind Verfahren bekannt, bei welchen ein Innenraum bzw. Hohlraum ei- nes metallischen Bauteiles während einer Druckbeaufschlagungsphase einmalig mit ei- nem Innendruck beaufschlagt wird, der wesentlich über einer Betriebsbelastung liegt.

Bei entsprechend ausgewählter Höhe des Innendruckes werden in einem derartig be- handelten Bauteil nach Absenken des Druckes in der Randschicht des Innenraums bzw.

Hohlraums des Bauteiles Druckeigenspannungen erzeugt. Die Druckeigenspannungen werden durch eine Teilplastizierung, d. h. bleibende, teilplastische Verformungen, ver- ursacht. Durch diese Druckeigenspannungen wird eine mechanische Belastbarkeit eines Bauteiles, welches mit zyklischen bzw. zeitlich variablen Innendrücken beaufschlagt wird, erheblich erhöht. Diese bekannten Verfahren, welche auch als Autofrettaseverfah- ren bezeichnet werden, werden daher zur Vergrößerung der Leistungsfähigkeit hoch be- anspruchter Stahl-Bauteile eingesetzt.

Weitere Verfestigungsprozesse zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in metalli- schen Bauteilen stellen beispielsweise Kugelstrahlverfahren oder Festwalzverfahren dar.

Diese werden auch bei einer gegenüber einer Raumtemperatur erhöhten Prozeßtempe- ratur bzw. Bauteiltemperatur durchgeführt, um die Stabilität der Druckeigenspannungen im Betrieb eines Bauteiles bei zeitlich veränderlicher Innendruckbelastung zu erhöhen und damit auch die Widerstandsfähigkeit gegen einen Schwingbruch erheblich zu stei- gern.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei den letztgenannten Verfestigungsverfahren komple- xe Bauteilgeometrien und Innenoberflächen nur in ungenügender Art und Weise bear- beitet bzw. verfestigt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, zur Verfügung zu stellen, mittels dem Druckeigenspannungen in Bauteilen von beliebiger Geometrie mit hoher Stabilität erzeugt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung Mit dem Verfahren zur Steigerung einer Dauerfestigkeit eines mit wenigstens einem Hohlraum ausgebildeten metallischen Bauteiles, insbesondere eines Bauteiles eines Einspritzsystemes für Fahrzeuge, mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 wird eine erheblich verbesserte Widerstandsfähigkeit bzw. Schwingfestigkeit eines metallischen Bauteiles gegenüber hohen Betriebsdrücken und aufgrund von großen Druckschwan- kungen erzeugten Belastungen erzielt.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein Bauteil während einer Druckbeaufschlagungsphase in seinem Innenraum mit einem derartigen Druck beaufschlagt wird, daß das Bauteil wenigstens abschnittsweise zur Erzeugung von Druckeigenspannungen im Bauteil teil- plastisch verformt wird. Während bzw. in umittelbarer zeitlicher Nähe hierzu wird das Bauteil während einer Temperaturbehandlungsphase auf eine Bauteiltemperatur er- wärmt, die größer als eine Raumtemperatur ist, wodurch die Widerstandsfähigkeit bzw.

Schwingfestigkeit eines Bauteiles gegenüber aufgrund von großen Druckschwankungen erzeugten Belastungen noch weiter erhöht wird. Dies resultiert daraus, daß durch die Temperaturbehandlungsphase physikalische Effekte der teilplastischen Verformung im Bauteil, die die Verbesserung der Dauerfestigkeit eines mit dem Verfahren nach der Er- findung behandelten Bauteiles bewirken, dahingehend begünstigt werden, daß die er- zeugten Druckeigenspannungen vorteilhafterweise stabilisiert werden.

In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird ein metallisches Bauteil zunächst während einer Druckbeaufschlagungsphase wenigstens bereichsweise, d. h. vorzugswei- se in hochbelasteten Bereichen, zur Erzeugung von Druckeigenspannungen teilplastisch verformt. Unmittelbar anschließend an die Druckbeaufschlagungsphase, welche we- nigstens annähernd bei Umgebungs-bzw. Raumtemperatur durchgeführt wird, wird das Bauteil in einer Temperaturbehandlungsphase auf eine Temperatur gebracht, die größer als die Raumtemperatur ist. Dadurch wird eine erheblich verbesserte Widerstandsfähig- keit bzw. Schwingfestigkeit des Bauteiles gegenüber einem lediglich bei Raumtempe- ratur plastizierten Bauteil erzielt.

Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, die Druckbeaufschlagungsphase bei ei- ner Bauteiltemperatur durchzuführen, die höher als die Raumtemperatur ist, wobei die Temperaturbehandlungsphase der Druckbeaufschlagungsphase zeitlich vorgeschaltet sein kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung kann sowohl vor der Druckbeaufschlagungsphase als auch unmittelbar anschließend an die Druckbeaufschlagungsphase eine Temperaturbehandlungsphase vorgesehen sein, bei der eine Bauteiltemperatur eingestellt wird, die höher als die umgebende Raumtempe- ratur ist. Die Druckbeaufschlagungsphase wird dabei ebenfalls bei einer Bauteiltempe- ratur durchgeführt, die über der Raumtemperatur liegt. Damit wird ein Bauteil mit einer erheblich verbesserten Widerstandsfähigkeit hergestellt, da die während der Druckbe- aufschlagungsphase erzeugten Druckeigenspannungen eine höhere Stabilität aufweisen.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung besteht insbesondere die Möglichkeit, die Schwingfestigkeit von Bauteilen mit komplexer Bauteilgeometrie ohne hohen apparati- ven Aufwand zu verbessern. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind dabei Druck füh- rende Rohre oder komplexe Bauteile der Dieseleinspritztechnik und Benzineinspritz- technik, wie beispielsweise Einspritzleitungen und Bauteile von Pumpen, Injektoren und Verteilern.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfin- dung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines rohrförmigen Bauteiles mit Darstellungen vor und nach der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung stark schematisiert gezeigt, welches in der nachfolgenden Beschreibung nä- her erläutert wird. Es zeigen Figur la im Querschnitt ein rohrförmiges Bauteil eines Kraftstoffeinspritzsystemes vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ; Figur lb das Bauteil gemäß Figur la nach der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ; Figur Ic eine schematische Darstellung des Bauteils gemäß Figur la und Figur lb im Längsschnitt ; Figur Id einen Eigenspannungsverlauf im Bauteil gemäß den Figuren la bis lc nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ; und Figur 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Bezug nehmend auf die Figuren la bis ld ist ein stählemes Bauteil 1 eines Kraftstof- feinspritzsystemes für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Querschnitt dargestellt, welches wenigstens annähernd rohrförmig ausgeführt ist. Es handelt sich vorliegend um einen gemeinsamen Druckspeicher (Rail) eines Dieseleinspritzsystemes.

Die Darstellung des Bauteiles 1 in Figur la entspricht dem Bauteil 1 vor der Beauf- schlagung mit einem sogenannten Autofrettagedruck, der um ein vielfaches über einem maximalen Betriebsdruck liegt. Figur lb stellt das Bauteil nach dem Aufbringen des Autofrettagedruckes dar. Beim Vergleich der beiden Darstellungen ist eine Veränderung bzw. Aufweitung des Innendurchmessers sowie des Außendurchmessers des Bauteiles 1 aufgrund des Autofrettagedruckes erkennbar, welche auf eine in radialer Richtung be- grenzte, abschnittsweise teilplastische Verformung des Bauteiles 1 zurückzuführen ist.

Zum besseren Verständnis ist eine Wandung des Bauteiles 1 in Figur lb durch zwei verschieden schraffierte Bereiche 2 und 3 dargestellt. Die Schraffuren dienen lediglich zur Darstellung der verschiedener Bereiche der Wandung des Bauteiles, welche einstü- ckig ausgebildet ist. Der erste Bereich 2 der Wandung des Bauteiles ist jener Abschnitt der Wandung des Bauteiles 1, der während der Beaufschlagung des Bauteiles 1 in einem Innenraum 4 mit dem Autofrettagedruck eine elastische und reversible Verformung er- fahren hat.

Der zweite Bereich 3, welcher den Innenraum bzw. Hohlraum 4 des Bauteiles 1 be- grenzt und von dem ersten Bereich 2 vollständig umgeben ist, ist der Abschnitt der Wandung des Bauteiles 1, welcher nach dem Absenken des Autofrettagedruckes eine bleibende plastische bzw. irreversible Verformung aufweist, die sich in der Aufweitung des Durchmessers niederschlägt.

Die Autofrettage ist ein an sich bekanntes Verfahren zur Steigerung der Festigkeit von Bauteilen, die mit hohen zyklischen Drücken beaufschlagt werden. Während des Au- tofrettageprozesses werden durch ein einmaliges Aufbringen eines weit über einem Be- triebsdruck eines Einspritzsystemes liegenden Reckdruckes bzw. Autofrettagedruckes gezielt Druckeigenspannungen in ein Bauteil eingebracht. Die Druckeigenspannungen werden dadurch erzeugt, daß Bereiche, welche einen Innenraum eines Bauteiles begren- zen, plastisch verformt werden und mithin nach der Autofrettage bleibende Verformun- gen bzw. Plastizierungen aufweisen. Die äußeren Bereiche eines Bauteiles weisen hin- gegen lediglich elastische Verformungen auf, welche sich nach dem Autofrettageprozeß teilweise wieder zurückbilden.

Durch die bereichsweise durchgeführte Plastizierung des Bauteiles im inneren Bereich 3 und. die lediglich elastische Verformung während des Autofrettageprozesses des äuße- ren Bereiches 2 liegt die in Figur 1 c dargestellte Konstellation vor, daß ein Außen- durchmesser des inneren Bereiches 3, welcher in Figur 1 c zunächst in Alleinstellung gezeigt ist, nach dem Autofrettageprozeß größer ist als ein Innendurchmesser des ersten Bereiches 2. Im zusammengefügten Zustand wird der zweite bzw. innere Bereich 3 von dem äußeren bzw. ersten Bereich 2 zusammengedrückt und der äußere Bereich 2 von dem inneren Bereich 3 aufgeweitet, so daß sich in der Wandung des Bauteiles 1 der in Figur 1 d dargestellte Spannungsverlauf einstellt. Der Spannungsverlauf verdeutlicht, daß im inneren Bereich 3 Druckeigenspannungen vorliegen.

Derartig bearbeitete Bauteile sind gegenüber nicht autofrettierten Bauteilen durch eine höhere mechanische Belastbarkeit gekennzeichnet. Somit sind autofrettierte Bauteile mit einem höheren maximalen Betriebsdruck beaufschlagbar als nicht autofrettierte Bauteile, da im Prinzip ein Druck in dem Innenraum des Bauteiles zunächst die Druck- eigenspannungen egalisiert, und erst bei höheren Innendrücken Zugspannungen in dem inneren Bereich 3 auftreten, die bei unzulässig hohen Werten zu einem Versagen des Bauteiles 1 führen. Diese unzulässig hohen Werte werden jedoch erst bei wesentlich höheren Drücken erreicht als bei nicht autofrettierten Bauteilen.

Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, Bauteile mit geringeren Wand- stärken auszuführen, wodurch die Herstellkosten sowie die Bauteilgewichte insbesonde- re eines Kraftstoffeinspritzsystemes reduziert werden können.

Vorliegend wird der Autofrettageprozeß bzw. das Verfahren zur Steigerung einer Dau- erfestigkeit des Bauteiles 1 nach der Erfindung bei einer Bauteiltemperatur durchge- führt, die höher als eine Raumtemperatur ist, wobei vorliegend unter dem Begriff Raumtemperatur ein Temperaturbereich bis 30°C verstanden wird. Die Bauteiltempe- ratur liegt in Abhängigkeit des Werkstoffes des Bauteiles 1 in einem Temperaturbereich von 200°C bis 400°C, wobei eine Bauteiltemperatur der zu verfestigenden Abschnitte des Bauteiles 1 in einem Bereich von 250°C bis 350°C in Abhängigkeit des verwende- ten Werkstoffes bevorzugt ist.

Eine Autofrettage des Bauteiles 1 bei den vorgenannten Bauteiltemperaturen führt zu einer weiter verbesserten Widerstandsfähigkeit bzw. Schwingfestigkeit des Bauteiles 1, da aufgrund der erhöhten Bauteiltemperatur der Effekt der sogenannten statischen Reckalterung begünstigt wird. Die plastische Verformung des inneren Bereiches 3 des Bauteiles 1 geht mit Versetzungen im Werkstoff einher, wobei durch erhöhte Tempera- tur gleichzeitig eine Diffusion von Fremdatomen im Werkstoff des Bauteiles 1 bewirkt wird.

Die erhöhte Bauteiltemperatur begünstigt die Diffusionseffekte von Fremdatomen im Werkstoffgefüge des Bauteiles 1, die eine Rückbildung der durch die plastische Ver- formung bewirkten Versetzungen im Werkstoffgefüge des Bauteiles 1, welche nach der Autofiettage die Druckeigenspannungen im Bauteil 1 verursachen, behindern.

Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, daß die Autofrettage des Bauteiles 1 bei Raumtemperatur durchgeführt wird und das Bauteil unmittelbar im Anschluß an den Autofrettageprozeß während einer Temperaturbehandlungsphase, welche werkstoffab- hängig 5 bis 20 Minuten betragen kann, durch eine geeignete Heizeinrichtung auf eine Prozeßtemperatur von 200°C bis 400°C, vorzugsweise auf eine Prozeßtemperatur von 250°C bis 350°C, gebracht wird. Diese Verfahrensvariante begünstigt ebenfalls die Dif- fusion der Fremdatome im Werkstoffgefüge des Bauteiles, so daß vorgenamlte Sperref- fekte im Werkstoffgefüge des Bauteiles ähnlich wie bei einem vorbeschriebenen Au- tofrettageprozeß mit erhöhter Bauteiltemperatur erreicht werden.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steigerung einer Dauerfestigkeit eines mit einem während eines Betriebes mit einem schwankenden In- neWochdruck beaufschlagten Bauteiles ist es vorgesehen, den Autofrettageprozeß bei einer gegenüber einer Raumtemperatur höheren Bauteiltemperatur, d. h. in einem Be- reich von 200°C bis 400°C, vorzugsweise in einem Bereich von 250°C bis 350°C, durchzuführen. Unmittelbar daran anschließend wird das Bauteil 1 während einer Tem- peraturbehandlungsphase 5 bis 20 Minuten lang, vorzugsweise in Abhängigkeit des' verwendeten Werkstoffes maximal 10 Minuten lang, während der Temperaturbehand- lungsphase auf einer Bauteiltemperatur von 200°C bis 400°C, vorzugsweise 250°C bis 3 50°C, gehalten, um die vorgenannten Effekte zu erzielen.

Insbesondere bei der Durchführung des Verfahrens bei erhöhter Bauteiltemperatur ist es vorgesehen, daß jene lokale Bereiche, welche hohen Belastungen durch stark wechseln- de Betriebsdrücke ausgesetzt sind, vor der Beaufschlagung des Bauteiles mit dem Au- tofrettagedruck eine gewünschte Bauteiltemperatur aufweisen, so daß die vorgenannten Effekte sicher erzielt werden.

Die Figur 2 zeigt schematisch eine Fertigungseinrichtung 5, mittels der der Autofretta- gedruck im Inneren des Bauteiles 1 aufgebracht wird. Das in Figur 2 dargestellte Bau- teil stellt einen Hochdruck-Verteiler 6 (Rail) eines Kraftstoffeinspritzsystemes dar, über welchen alle Zylinder einer Brennkraftmaschine mit unter Hochdruck stehendem Kraft- stoff versorgt werden.

Dabei werden die sehr hohen Drücke, die in einer Common-Rail-Anlage bzw. einem Kraftstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeuges erzeugt werden, von einem regelbaren, gleichbleibendem Hochdruck in den Einspritzleitungen entkoppelt, um unterschiedliche Phasen der Einspritzung mit unterschiedlichen Anforderungen realisieren zu können. So soll beispielsweise gewährleistet sein, daß der volle Einspritzdruck von Beginn an zur Verfügung steht. Durch ein kurzes Voreinspritzen soll ein Temperaturanstieg in einem Bauraum sowie ein Spitzendruck vermindert werden und der Arbeitsdruck auf einen Kolben einer Brennkraftmaschine länger aufrechterhalten werden. Des weiteren soll ei- ne"Härte"der Verbrennung und ein Verbrennungsgeräusch vorteilhafterweise reduziert werden.

Diese Anforderungen werden mit bekannten Common-Rail-Anlagen verwirklicht, bei welchen eine Einspritzmenge in bis zu fünf Teilmengen aufgespalten wird und die mit Einspritzdrücken von über 1600 bar betrieben werden.

Um die einzelnen Bauteile solcher Einspritzsysteme mit einer ausreichenden Dauerfes- tigkeit bei möglichst geringen Bauteilabmessungen ausführen zu können, werden die Bauteile mit dem Verfahren nach der Erfindung verfestigt. Dazu wird auf einer mit ei- nem Pfeil 7 gekennzeichneten Seite des Hochdruck-Verteilers 6 ein nicht näher darge- stellter Innenraum des Hochdruck-Verteilers 6 mit einem Autofrettagedruck, der in Ab- hängigkeit des Werkstoffes des Hochdruck-Verteilers 6 z. B. 5000 bar bis 15000 bar annehmen kann, über eine Verschraubung oder durch eine andere geeignete hydrauli- sche Abdichtung, beispielsweise einen Stopfen, zugefühu-t. Weitere Öffnungen 8A bis 8F des Hochdruck-Verteilers 6 werden gleichzeitig entweder durch Verschlußschrauben oder durch andere geeignete hydraulische oder mechanische Verschluß-bzw. Abdicht- einrichtungen 11, die in der Zeichnung symbolisch durch Pfeile dargestellt sind, dich- tend verschlossen.

Die Fertigungseinrichtung 5 ist mit einer für eine Serienfertigung entsprechenden Handhabungstechnik ausgeführt, so daß beliebige Bauteile im Fertigungstakt automa- tisch zugeführt, hydraulisch verschlossen, autofrettiert und wieder entnommen werden können. Die Erwärmung des Hochdruck-Verteilers 6 bzw. die Einstellung einer Bau- teiltemperatur des Hochdruck-Verteilers 6 erfolgt vorliegend in der Fertigungseinrich- tung 5 durch eine lediglich schematisch als strichlierte Linie wiedergegebene Heizen- richtung 9, welche vorliegend als ein in die Fertigungseinrichtung 5 integrierter Ofen ausgeführt ist.

Alternativ hierzu kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, daß eine gewünschte Bauteiltemperatur zu verfestigender Bauteile in der Fertigungseinrichtung über andere geeignete Heizeinrichtungen, wie beispielsweise auf Basis einer Widerstandserwännung oder einer lokalen induktiven Erwärmung, eingestellt wird.

Um den Hochdruck-Verteiler 6 in der Fertigungseinrichtung 5 wällrend des Autofretta- geprozesses sowie während einer sich eventuell daran anschließenden Temperaturbe- handlungsphase sicher zu positionieren und eine Verformung der Bauteile während der Autofrettage zu vermeiden, ist die Fertigungseinrichtung 5 mit einer an die Kontur des jeweils zu verfestigenden Bauteiles anpaßbaren Abstützungseinrichtung 10 ausgeführt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, daß vor der Druckbeaufschlagungsphase die Bauteiltemperatur während einer Temperaturbehand- lungsphase auf einen werkstoffabhängigen vordefinierten Wert eingestellt wird, bei dem eine teilplastische Verformung in während eines Betriebes hochbelasteten Bereichen des Bauteiles durch Anlegen eines Autofrettagedruckes erzeugt wird, wohingegen in Bereichen des Bauteiles, die während eines normalen Betriebes weniger belastet sind, keine teilplastische Verformung erzeugt wird.

Des weiteren kann es vorgesehen sein, daß die Bauteiltemperatur lediglich in jenen Be- reichen erhöht wird, in welchen die Bauteile zur Erzeugung von Druckeigenspannungen teilplastisch verformt werden und die anderen Bereiche des Bauteiles weniger stark oder überhaupt nicht erwärmt werden.

In weiteren Ausführungen des Verfahrens der Erfindung kann es vorgesehen sein, daß die Bauteiltemperatur in Abhängigkeit eines Werkstoffes des Bauteiles während des ei- gentlichen Autofrettageprozesses höher, niedriger oder gleich einer während einer sich unmittelbar daran anschließenden Temperaturbehandlungsphase eingestellten Bauteil- temperatur ist, um die vorbeschriebenen Verfestigungsprozesse im Bauteil zu erzielen.