Die Erfindung betrifft eine Düsenplatte, insbesondere für Kraftstoffeinspritzventile nach dem Oberbegriff des Anspru¬ ches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Düsenplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

STAND DER TECHNIK

Eine bekannte Düsenplatte (DE 43 28 418 AI) weist eine Halte¬ platte mit einer gestuften Durchgangsbohrung auf, deren zur Zuführseite liegender Abschnitt mit kleinerem Durchmesser ei¬ ne Zuführöffnung bildet. In dem Bohrungsabschnitt mit größe¬ rem Durchmesser ist eine Spritzplatte eingesetzt, die in ih ^¬ rem der Austrittsseite zugeordneten Randbereich eine Auskeh¬ lung aufweist, die zusammen mit einer ihr zugeordneten Aus¬ kehlung an der Halteplatte einen Ringkanal bildet, der über

in der der Zuführöffnung zugewandten Seite der Spritzplatte vorgesehene Schlitze mit der Zuführöffnung verbunden ist. Die austrittsseitigen Kanten der Auskehlungen an der Halte- und Spritzplatte begrenzen eine ringförmige Austrittsöffnung der bekannten Düsenplatte.

Die deutsche Patentanmeldung P 44 04 021.0 beschreibt eine weitere, aus zwei Teilen aufgebaute Düsenplatte, bei der zwi¬ schen den beiden Teilen ein Ringkanal vorgesehen ist, der über im ersten Teil vorgesehene Zuführbohrungen mit einem Kraftstoffzuführbereich in Verbindung steht und der über ei¬ nen Ringspalt mit einem Kraftstoffaustrittsbereich verbunden ist. Der Ringspalt wird dabei durch zwei kegelstumpfförmige Mantelflächen begrenzt, von denen die eine am ersten und die andere am zweiten Teil der Düsenplatte befestigt ist.

Die beiden Teile dieser Düsenplatte werden durch galvanisches Abformen entsprechender, aus leitfähigem Kunststoff bestehen¬ der Negativformen hergestellt, wobei die galvanisch abgeform¬ ten Teile ggf. mechanisch nachbearbeitet und anschließend durch Kleben, Diffusionslöten oder Diffusionsschweißen anein¬ ander befestigt werden.

Derartige Düsenplatten mit Ringspaltdüsen werden bei Kraft¬ stoffeinspritzventilen für Benzinmotoren benutzt, um eine bessere Zerstäubung des Kraftstoffs zu erreichen. Der Kraft¬ stoff soll dabei als zusammenhängende kegelmantelförmige Strahllamelle austreten. Durch die radiale Ausdehnung entlang des Kegelmantels wird der Kraftstoffilm mit zunehmendem Durchmesser nach dem Austritt dünner, bis er durch aerodyna¬ mische Kräfte in sehr feine Tröpfchen zerplatzt. Auf diese Weise läßt sich eine Verteilung des Kraftstoffs auf ein rela¬ tiv großes Volumen erreichen.

Um eine gleichförmige Strahllamelle zu erhalten, ist am Ringspalt eine gleichmäßige Druckverteilung sowie ein gleich¬ mäßiger Kraftstoffzulauf erforderlich.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Düsenplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich durch die zylindrische Ausbildung des Ringkanals mit ei¬ nem sich im Bereich der Austrittsöffnung verjüngenden Quer¬ schnitt eine gleichmäßige, zusammenhängende kegelmantelförmi- ge Strahllamelle beim Kraftstoffaustrag erreichen läßt, ohne daß eine kegelmantelförmige Anordnung des Ringspalts selbst erforderlich ist. Dabei bewirkt die erfindungsgemäße Ausbil¬ dung des Ringspalts ein verbessertes Strömungsverhalten des Kraftstoffs in der Düsenplatte selbst und eine gleichmäßige Ausbildung der Strahllamelle.

Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 7 aufgeführten Maßnah¬ men sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Düsenplatte möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwei konzentrisch zueinan¬ der angeordnete Austrittsoffnungen vorgesehen sind, wobei je¬ der der Austrittsoffnungen ein eigener Strömungsweg zugeord¬ net ist, da sich hierdurch zwei kegelmantelförmige Kraft¬ stofflamellen erzielen lassen, die einen kleineren Kegelwin¬ kel aufweisen und auf einer kürzeren Weglänge in feinere Kraftstofftropfen zerfallen.

Mit der in der Draufsicht linsenförmig gestalteten Austritts¬ öffnung läßt sich in vorteilhafter Weise die abgespritzte Kraftstofflamelle so ausbilden, daß der Kraftstoffstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Hiermit können beispielswei¬ se die beiden Einlaßventile eines Vierventilmotors gleichzei¬ tig versorgt werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar¬ in, daß durch die zwischen den Zuführöffnungen angeordneten Haltestege der den Strömungsweg innen begrenzende Innenab¬ schnitt mit dem den Strömungsweg außen begrenzenden ringför¬ migen Abschnitt der Düsenplatte mechanisch stabil miteinander verbunden werden kann, ohne daß der Kraftstoffstrom durch die Düsenplatte beeinträchtigt wird.

Hierbei können die Zuführöffnungen und die dazwischen liegen¬ den Haltestege auch außerhalb des Durchmessers der ringförmi¬ gen Austrittsöffnung und damit radial außerhalb des Ring¬ spalts vorgesehen sein, wodurch sich der Strömungsquerschnitt des Strömungswegs durch die Düsenplatte zuführseitig vergrö¬ ßern läßt, um die Strömung durch die Düsenplatte weiter zu vergleichmäßigen.

Das Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte mit den kenn¬ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 hat dabei den Vorteil, daß sich die Düsenplatte damit einstückig herstellen läßt, so daß keine die Ausbildung des Ringspalts beeinflussenden Füge¬ prozesse, wie Kleben, Löten oder Schweißen, an der Düsenplat¬ te ausgeführt werden müssen.

Durch die in den Unteransprüchen 9 bis 22 aufgeführten Ma߬ nahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im Anspruch 8 angegebenen Verfahrens möglich.

In vorteilhafter Weise läßt sich die Weite des Ringspaltes durch Abformen einer einzigen Hohlraumform genau herstellen und hängt nicht von der Genauigkeit ab, mit der die Verbin¬ dungsstelle von zwei Teilen hergestellt wird. Insbesondere entfallen Toleranzen beim Zusammenfügen und Verschweißen zweier Teile. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Düsenplatte ohne wesentlichen Mehraufwand mit zwei als Austrittsoffnungen dienenden Ringspalten mit jeweils eigenem Strömungsweg herstellen läßt.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be¬ steht darin, daß sich das Werkzeug für die Herstellung der Hohlraumform leicht durch mechanische Drehbearbeitung, z. B. mit einem Diamanten, mit hoher Genauigkeit herstellen läßt. Die für die Ausbildung der Strahllamelle beim Kraftstoffaus- trag erforderliche Schräge der Ringspaltinnenwand läßt sich dabei durch Bearbeitung eines Werkzeugteils von außen mit ho¬ her Genauigkeit herstellen.

ZEICHNUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar¬ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu¬ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Austrittsseite einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenplatte,

Fig. 2 einen Schnitt im wesentlichen nach Linie II-II in Figur 3 durch die Düsenplatte nach Figur 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Zuführseite der Düsen¬ platte nach Figur 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Spritzgußform zur Herstellung einer Hohlraumform, die zur Her¬ stellung der Düsenplatte nach Figur 1 bis 3 dient,

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend Figur 4, wobei das obere Werkzeug der Spritzgußform abgenommen und die Hohlraumform an einem Hilfsträger an¬ gebracht ist,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine in eine galvanisch abgeschiedene Schicht eingebettete Hohlraum¬ form,

Fig. 7 einen Schnitt entsprechend Figur 6 durch die galvanisch abgeschiedene Schicht, wobei die Hohlraumform entfernt ist,

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Düsenplatte entspre¬ chend Figur 2 mit einem aufgesetzten Anschlu߬ element einer Flüssigkeitszuführ- und Durch¬ flußmeßeinrichtung,

Fig. 9 einen Schnitt durch eine an einem Hilfsträger befestigte Hohlraumform für eine Düsenplatte mit zwei Ringspalten,

Fig. 10 einen Schnitt ähnlich Figur 8 durch eine mit der Hohlraumform nach Figur 9 hergestellte Dü¬ senplatte, und

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf einen linsen¬ förmigen Ringspalt.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent¬ sprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in den Figuren 1 bis 3 hergestellte erfindungsgemäße Dü¬ senplatte 10 besteht aus einem galvanisch abscheidbaren Mate¬ rial, insbesondere aus einem Metall oder einer Metallegie¬ rung, vorzugsweise aus Nickel-Phosphor, und weist auf der in Figur 2 oben dargestellten Zuführseite eine ebene Oberfläche 11 auf, in der, wie in Figur 3 dargestellt, eine Vielzahl von Zuführöffnungen 12 vorgesehen sind, die durch dazwischen lie¬ gende Haltestege 13 voneinander getrennt sind. Die ringförmig und mit gleicher umfangsmäßigen Teilung angeordneten Zuführ¬ öffnungen 12 münden in einen Ringkanal 14, der in Strömungs¬ richtung in einen zylindrischen Ringspalt 15 übergeht.

Der Ringspalt 15 ist an seinem Außenumfang von einer Zylin¬ dermantelfläche 16 und an seiner Innenumfangsseite von einer Zylindermantelfläche 17 begrenzt, die im Bereich einer ring ^¬ förmigen Austrittsöffnung 19 in eine Kegelmantelfläche 18 übergeht, so daß sich der Ringspalt 15 zur Austrittsöffnung 19 hin gleichmäßig verengt.

Die Düsenplatte 10 weist somit einen außerhalb des Ringspalts 15 gelegenen ringförmigen Abschnitt 20 auf, der über die Hal ^¬ testege 13 mit einem innerhalb des Ringspalts 15 gelegenen Innenabschnitt 21 einstückig verbunden ist. Auf der Aus-

trittsseite weist die Düsenplatte 10 eine parallel zur Ober¬ fläche 11 liegende Ringfläche 22 auf, die in eine Kegel¬ stumpfmantelfläche 23 übergeht, die sich zumindest bis zur Austrittsöffnung 19 erstreckt. Es ist aber auch möglich, daß sich die Kegelstumpfmantelfläche 23 am ringförmigen Abschnitt 20 über die ringförmige Austrittsöffnung 19 des Ringspalts 15 bis zum Innenabschnitt 21 erstreckt. Zur Mitte der Düsenplat¬ te 10 hin schließt sich an die Kegelstumpfmantelfläche 23 ei¬ ne weitere parallel zur zuführseitigen Oberfläche 11 liegende ebene Fläche 24 durch den Ringspalt getrennt bzw. unmittelbar an. Die Fläche 24 kann wie beim dargestellten Ausführungsbei¬ spiel eine Ringfläche sein. Es ist aber auch möglich, die ebene Fläche 24 als Kreisfläche auszubilden.

Für die Herstellung der beschriebenen Düsenplatte 10 wird, wie in Figur 4 dargestellt, zunächst eine Hohlraumform 30 aus Kunststoff, zum Beispiel aus einem thermoplastisch verformba¬ ren und lösbaren Kunststoff, insbesondere PMMA (Polymethylmethacrylat) , vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellt. Die Hohlraumform 30 entspricht dabei dem aus den Zuführöffnungen 12, dem Ringkanal 14 und dem Ringspalt 15 ge¬ bildeten Strömungsweg durch die herzustellende Düsenplatte 10.

Der Spritzguß wird dabei mit einem entsprechenden Formwerk¬ zeug 31 durchgeführt, das ein Werkzeugoberteil 32 mit einem oberen Innenkern 33 und einem oberen Außenring 34 sowie ein Werkzeugunterteil 35 mit einem unteren Innenkern 36, einem unteren Außenring 37 und einer Werkzeugplatte 38 umfaßt. Zur gleichzeitigen Ausbildung mehrerer Hohlraumformen 30 kann das Werkzeugoberteil 32 in nicht näher dargestellter Weise mehre ^¬ re Innenkerne 33 mit einer entsprechenden Außenringanordnung

aufweisen. Das Werkzeugunterteil 35 ist dann entsprechend ausgebildet.

Zwischen dem unteren Innenkern 36 und dem unteren Außenring 37, die von der Werkzeugplatte 38 getragen werden, ist der für die Düsenplatte 10 vorgesehene Strömungsweg nachgebildet. Zwischen dem oberen Innenkern 33 und dem oberen Außenring 34 ist ein Spritzgußzulauf 39 ausgebildet, der über eine eine Sollbruchstelle erzeugende Engstelle 40 in einen Gußraum für einen Stützring 41 übergeht, der während der weiteren Her¬ stellung der Düsenplatte 10 als Trägerelement für die Hohl¬ raumform 30 dient.

Weiter sind am oberen Innenkern 33 den Haltestegen 13 der Dü¬ senplatte 10 entsprechende Fortsätze 42 vorgesehen, die in einen Bereich zwischen dem unteren Außenring 37 und dem unte¬ ren Innenkern eingreifen, wodurch die Bereiche für die Zu¬ führöffnungen 12 festgelegt werden. Am unteren Innenkern 36 des Formwerkzeugs 31 sind die den Ringspalt 15 nach innen be¬ grenzende Zylindermantelfläche und Kegelmantelfläche als Au¬ ßenflächen nachgebildet, die sich somit mit großer Genauig¬ keit ausbilden lassen.

Nach dem Einspritzen des Kunststoffs in den den Strömungsweg der Düsenplatte 10 nachbildenden Hohlraum des Formwerkzeugs 31 zum Herstellen der Hohlraumform 30 mit dem daran ange¬ brachten Stützring 41 wird das Werkzeugoberteil 32 zusammen mit dem im Spritzgußzulauf 39 befindlichen überschüssigen Kunststoffmaterial entfernt.

Dann wird, wie in Figur 5 dargestellt, als Hilfsträger eine vorzugsweise mit einem Metallgitter verstärkte, leitende Kunststoffplatte aus PMMA befestigt, insbesondere aufge-

schweißt, während sich die Hohlraumform 30 noch im Werkzeug¬ unterteil 35 befindet. Hierdurch lassen sich Verformungen der Hohlraumform 30 beim Befestigen der Kunststoffplatte 43 ver¬ meiden. Daraufhin wird das Werkzeugunterteil 35 ebenfalls entfernt, so daß die Hohlraumform 30 freiliegt.

Anschließend wird in einem galvanischen Bad auf der leitenden Kunststoffplatte 43 eine vorzugsweise aus Nickel-Phosphor be¬ stehende Schicht 44 abgeschieden, die die Hohlraumform 30 vollständig einbettet. Fehler, die beim Aufwachsen im Bereich 45 der Stege 13, beim Kantenfüllen im Übergangsbereich 46 zwischen dem Ringkanal 14 und dem Ringspalt 15 sowie beim Zu¬ sammenwachsen der Schicht AA im Außenbereich 47 der Stege 13 auftreten können, sind dabei unerheblich, da hierdurch die austrittsseitige Ausbildung des Ringspaltes 15 nicht beein¬ flußt wird.

Nach dem galvanischen Abscheiden der Schicht 44, aus der spä¬ ter die Düsenplatte 10 gebildet wird, wird die als Hilfsträ¬ ger während des Galvanisierens dienende Kunststoffplatte 43 entfernt und die zuführseitige Oberfläche 11 der Düsenplatte 10 wird durch Abschleifen hergestellt.

Anschließend wird, wie in Figur 7 dargestellt, die Hohlraum¬ form 30 durch Auflösen des Kunststoffs entfernt, so daß in der galvanisch abgeschiedenen Schicht 44 der aus den Zuführ¬ öffnungen 12 dem Ringkanal 14 und dem Ringspalt 15 gebildete Strömungsweg freiliegt.

Wie in Figur 8 dargestellt, wird abschließend die der Aus ^¬ trittsseite der zu bildenden Düsenplatte 10 entsprechende Oberfläche der galvanisch abgeschiedenen Schicht 44 material ^¬ abhebend bearbeitet, um die Ringfläche 22, die sich über die

Austrittsöffnung erstreckende Kegelstumpfmantelfläche 23 und die am Innenabschnitt 21 der Düsenplatte 10 befindliche ebene Fläche 24 auszubilden.

Um bei der Bearbeitung der sich vorzugsweise über die Aus¬ trittsöffnung 19 erstreckenden Kegelstumpfmantelfläche 23 die Austrittsöffnung 19 so einzustellen, daß der Strömungsweg durch die Düsenplatte 10 den geforderten Strömungswiderstand aufweist, wird auf die zuführseitige Oberfläche 11 der zu bildenden Düsenplatte 10 ein Anschlußelement 48 einer nicht näher dargestellten Flüssigkeitszuführ- und Durchflußmeßein¬ richtung aufgesetzt, so daß der Zuführseite der Düsenplatte 10 eine Flüssigkeit mit konstantem Druck zugeführt werden kann. Bei der Bearbeitung der Kegelstumpfmantelfläche 23 wird die Austrittsöffnung 19 freigelegt und ständig vergrößert, so daß der Durchfluß durch die in Bearbeitung befindliche Düsen¬ platte 10 solange ansteigt, bis er den gewünschten Wert er¬ reicht hat. Jetzt weist die Austrittsöffnung 19 die erforder¬ liche Größe auf.

Die material- oder spanabhebende Bearbeitung erfolgt dabei vorzugsweise mit einem Naturdiamanten, wodurch sich die die Austrittsöffnung 19 begrenzenden Kanten des Ringspalts 15 sauber ausbilden lassen.

Um besonders gratfreie Kanten des Ringspalts zu erhalten, kann die Bearbeitung der Austrittsseite der Düsenplatte 10 durchgeführt werden, während der Strömungsweg noch durch die Hohlraumform 30 gefüllt ist. In diesem Fall wird die erfor¬ derliche Größe der Austrittsöffnung 19 beispielsweise optisch gemessen.

Das beschriebene Verfahren läßt sich zur Herstellung einer einzelnen Düsenplatte 10 einsetzen, zweckmäßigerweise werden aber mit diesem Verfahren gleichzeitig mehrere Düsenplatten 10 in der Weise hergestellt, daß mehrere Hohlraumformen 30 gleichzeitig im Spritzgußverfahren ausgeformt werden und an einem gemeinsamen Hilfsträger angebracht werden. Die Schicht, aus denen dann die einzelnen Düsenplatten 10 gefertigt wer¬ den, wird dann in einem einzigen Galvanisierungsschritt abge¬ schieden. Zweckmäßigerweise können dabei zwischen den Hohl¬ raumformen 30 für den Strömungsweg der Düsenplatten Trennfor¬ men vorgesehen sein, so daß sich bei der Bearbeitung der der Austrittsseite der Düsenplatten 10 zugeordneten Oberfläche der galvanisch abgeschiedenen Schicht A A die daraus zu bil¬ denden Düsenplatten 10 auf einfache Weise vereinzeln lassen.

Figur 9 zeigt eine Hohlraumform 50 für eine Düsenplatte 10' nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ei¬ nem inneren, einem ersten Strömungsweg durch die Düsenplatte 10' entsprechenden Formteil 51 und einem äußeren, einem zwei¬ tem Strömungsweg durch die Düsenplatte 10' entsprechenden Formteil 52. Die zweckmäßigerweise konzentrisch zueinander angeordneten Formteile 51, 52, bzw. die entsprechenden Strö¬ mungswege sind entsprechend dem anhand der Figuren 1 bis 8 ^' beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausge¬ bildet.

Figur 10 veranschaulicht die Bearbeitung der Austrittsseite einer mit der Hohlraumform 50 nach Figur 9 hergestellten Dü¬ senplatte 10', bei der ein Anschlußelement 48' einer Flüssig ^¬ keitszuführ- und Durchflußmeßeinrichtung aufgesetzt ist, um bei der Bearbeitung der Austrittsseite der Düsenplatte 10' die Größe der Austrittsoffnungen 19 festzulegen. Zweckmäßi¬ gerweise ist das Anschlußelement 48' dabei so ausgelegt, daß

der Durchfluß durch jede der beiden Austrittsoffnungen ge¬ trennt voneinander bestimmt werden kann, wie dies durch die Pfeile Ql und Q2 angedeutet ist.

Um für jeden der beiden Strömungswege durch die Düsenplatte 10' einen möglichst großen Zuführbereich zu schaffen und an¬ dererseits die Ringspalte 15 mit relativ kleinem Durchmesser dicht beieinander anordnen zu können, sind zwischen den Ringspalten 15 und den Ringkanälen 14 kegelmantelförmige An¬ schlußkanäle 49 ausgebildet.

Hierbei liegen also die jeweiligen Zuführöffnungen 12 mit den zugeordneten Haltestegen 13 radial außerhalb der entsprechen¬ den Austrittsöffnung 19 und damit auch radial außerhalb des entsprechenden Ringkanals 15. Diese Anordnung von Zuführöff¬ nungen 13 und Ringkanal 15, die bei der Düsenplatte 10' nach Fig. 10 notwendig erforderlich ist, kann auch bei der anhand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen Düsenplatte 10 vorgesehen wer¬ den, um ein möglichst großen zuführseitigen Strömungsquer¬ schnitt zu erzielen, der die gleichmäßige Verteilung der Strömungsenergie ohne große Schwankungen ermöglicht.

Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren lassen sich nicht nur Düsenplatten mit kreisringförmigen Austrittsoffnungen herstellen, sondern auch solche, die linsenförmige Austritts- öffnungen 19' aufweisen, wie in Figur 11 dargestellt. Die linsenförmige Austrittsöffnung 19' setzt sich dabei aus zwei kreisbogenförmigen Abschnitten 61 mit großem Krümmungsradius und aus zwei kreisbogenförmigen Abschnitten 62 mit kleinem Krümmungsradius zusammen, wobei sich die beiden Abschnitte 61 mit großen Krümmungsradius mit ihren konkaven Seiten gegen¬ überliegen und an ihren Enden über die Abschnitte 62 mit kleinen Krümmungsradius miteinander verbunden sind. Die

kreisbogenförmigen Abschnitte 61 mit großem Krümmungsradius liegen dabei symmetrisch zu einer Achse X, während die kreis¬ bogenförmigen Abschnitten 62 mit kleinem Krümmungsradius sym¬ metrisch zu einer Achse Y angeordnet sind.

Mit einer Ringspaltdüse, deren linsenförmige Austrittsöffnung entsprechend Figur 11 angeordnet ist, läßt sich der durch die Düse strömende Kraftstoffstrom in zwei in Richtung der Y- Achse voneinander getrennte Massenströme aufteilen, da die in Richtung der X-Achse über die entsprechenden Abschnitte der Austrittsöffnung abgegebene Kraftstofflamelle früher aufreißt als die in Y-Richtung abgegebene. Eine derartige Ringspaltdü¬ se ist zum Beispiel zweckmäßig, wenn jeweils zwei Einlaßven¬ tile eines Zylinders eines Vierventilmotors gleichzeitig mit Kraftstoff versorgt werden sollen.