Beschreibung Verfahren zum Festlegen einer Position eines Bauteils in ei- ner Stufenbohrung eines Gehäuses sowie Injektor für die Kraftstoffeinspritzung Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Festlegen ei- ner Position eines zweiten Bauteils in einer Stufenbohrung eines Gehäuses, insbesondere eines Injektorgehäuses, das zwei Bohrungen mit zwei unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei das zweite Bauteil in der zweiten Bohrung mit einem vorgegebenen Abstand zu einem ersten Bauteil angeordnet wer- den soll, das bereits in der kleineren ersten Bohrung fixiert ist und wobei in die größere zweite Bohrung ein Prägering bis zu einer Stufe der Stufenbohrung eingelegt wird, den ein Prä- gestempel soweit zusammendrückt, bis der vorgegebene Abstand zum ersten Bauteil erreicht wird und wobei anschließend das zweite Bauteil bis zum zusammengedrückten Prägering einge- führt wird, beziehungsweise von einem Injektor für die Kraft- stoffeinspritzung nach der Gattung der nebengeordneten An- sprüche 1 und 7.

Insbesondere müssen Injektoren für die Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, die einen piezoelektrischen Aktor als Antriebseinheit aufweisen, mit größter Präzision gefer- tigt werden, da einerseits die durch einen Spannungsimpuls erzeugte Längenänderung des Aktor nur im um-Bereich liegt und somit äußerst minimal ist. Andererseits müssen die einzu- spritzenden Kraftstoffmengen exakt dosiert werden, um die Verbrennungsabläufe im Motor zu optimieren und die geforder- ten Emissionsgrenzen einzuhalten. Um diese Forderungen erfül- len zu können, müssen insbesondere die mechanischen Einzel- teile des Injektors mit größter Präzision gefertigt werden.

Selbst Längenmaße mit engen Fertigungstoleranzen können sich in der Summe zu unzulässigen Fehlern addieren.

Bisher wurde beispielsweise dieses Problem dadurch gelöst, dass die einzelnen Bauteile exakt ausgemessen und dann präzi- se gefertigte Ausgleichsscheiben in die Bohrung eingesetzt wurden, mit denen die berechneten Fehlmaße bei der exakten Positionierung einzelner Bauteile in dem Injektor ausgegli- chen werden konnten. Diese Methode erfordert eine Lagerhal- tung von vielen unterschiedlichen Ausgleichsscheiben. Dieses Vorgehen ist daher sehr aufwändig und erhöht die Herstellkos- ten für den Injektor in erheblichem Maße.

Aus der DE 199 56 256 AI ist des weiteren ein Verfahren be- kannt geworden, bei dem in eine Stufenbohrung eines Injektors eine Prägescheibe eingeführt wird. Die Prägescheibe wird auf die Stufe aufgelegt, die sich am Übergang von zwei Bohrungen der Stufenbohrung einstellt. Mit einem Prägewerkzeug wird dann die Prägescheibe soweit zusammengepresst, bis der ge- wünschte Abstand zu einem bereits in der Stufenbohrung fi- xierten ersten Bauteil erreicht ist. Um den Prägevorgang kon- trollieren zu können, ist an der Spitze des Prägestempels ein elektrischer Sensor isoliert eingebaut, der ein Abschaltsig- nal an eine Antriebseinheit des Prägestempels liefert, sobald das fixierte erste Bauteil berührt wird. Ungünstig erscheint hierbei, dass die Messstelle des elektrischen Sensors an der Spitze des Prägestempels während des Pressvorganges nicht sichtbar ist, da sie sich innerhalb der Stufenbohrung befin- det und dort nicht beobachtet werden kann. Das kann zu Fehl- steuerungen führen, wenn sich beispielsweise ein Schmutzpar- tikel auf dem Sensorkopf abgesetzt hat und als Folge dessen der Sensor die Antriebseinheit zu früh abschaltet. Da prak- tisch keine Kontrollmöglichkeit besteht, kann dieses leicht zu einem unerkannten Fertigungsfehler führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in einem Gehäuse, insbesondere in einem Injektor für die Kraftstoffeinspritzung die Position der Bauteile, die in das Gehäuse einzubauen sind, mit einem vorgegebenen Abstand in einer Stufenbohrung des Gehäuses exakt zu positionieren. Zudem besteht die Aufga-

be darin, einen verbesserten Injektor bereitzustellen. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 7 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Festlegen einer Position eines zweiten Bauteils in einer Stufenbohrung und der Injek- tor mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten An- sprüche 1 bzw. 7 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Mess- stelle außerhalb der Bohrung liegt und der Abstand von dem in der Bohrung fixierten Bauteil an einem Messtaster abgelesen werden kann, der ein Referenzmaß zwischen dem herausragenden Endstück des Messtasters und einer Bezugsmarke des Prägestem- pels bildet. Dadurch kann auf einfache Weise der Messvorgang jederzeit kontrolliert werden, so dass sich die Fertigungssi- cherheit verbessert. Als besonders vorteilhaft wird angese- hen, dass der Prägevorgang kontinuierlich beobachtet werden kann und somit bereits das Annähern an das Referenzmaß ein- fach beobachtet und überprüft werden kann.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüche 1 und 7 angegebenen Verfahrens beziehungsweise des Injektors gegeben. Als besonders vorteil- haft wird angesehen, dass das Referenzmaß um einen vorgegebe- nen Wert größer sein kann als der vorgegebene Abstand. Da- durch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass nach dem Einbau die beiden Bauteile einen gewissen Abstand zueinander aufweisen, der als Leerhub für den Aktor genutzt werden kann.

Eine besonders einfache Erfassung des Referenzmaßes ist mit einer bekannten mechanischen oder optischen Messeinrichtungen wie Fühlerlehre, Messuhr, Okular, Kamera, Interferenzverfah- ren usw. gegeben. Die Messeinrichtungen arbeiten zuverlässig und sind auch von ungeübtem Personal leicht bedienbar.

Im Zuge einer automatischen Serienfertigung erscheint beson- ders günstig, das Referenzmaß mit einer elektrischen Messein-

richtung, beispielsweise mit einem einfachen elektrischen Kontakt zu erfassen. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Messvorgang automatisiert werden kann, so dass weniger qualifiziertes Personal benötigt wird und die Fertigungskos- ten reduziert werden können.

Eine bevorzugte und vorteilhafte Anwendung des Verfahrens wird bei einem Injektor für die Kraftstoffeinspritzung gese- hen, da hier der Abstand der in der Stufenbohrung des Injek- torgehäuses einzubauenden Bauteile mit besonders hoher Präzi- sion einzuhalten ist.

Da ein piezoelektrischer Aktors auf Grund seiner physikali- schen Eigenschaften eine nur sehr geringe Längenänderung auf- weist, ist das Einhalten des exakten Abstandes zu einem zwei- ten Bauteil, beispielsweise einem Servoventil, einem Düsenn- körper, einer Umlenkeinrichtung oder dergleichen besonders wichtig, um die verfügbare Längenänderung der Aktors mög- lichst vollständig nutzen zu können.

Bei dem Injektor für die Kraftstoffeinspritzung wird als be- sonders vorteilhaft angesehen, dass die Ringbreite des Präge- ringes größer ist als die Stufenbreite der Stufenbohrung. Da- durch ergibt sich eine bessere Auflagefläche für das zweite Bauteil, das dadurch sicherer und exakter in der Stufenboh- rung positioniert werden kann.

Für eine spielfreie Positionierung des zweiten Bauteils er- scheint auch eine glatte und insbesondere polierte Auflage- flächen des Prägeringes von Vorteil. Derartige präzise Fläche wären an der Stufe direkt nur sehr schwer und mit erheblichem Mehraufwand herstellbar, da die Stufe relativ tief in der Bohrung sitzt und somit mit einem Werkzeug schwer erreichbar ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich- nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur la zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung mit einem Injektor, Figur 1b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Injektorge- häuses und Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Injektor.

In Figur la ist in schematischer Darstellung ein Gehäuse 1 dargestellt, das in axialer Richtung eine Stufenbohrung 6 aufweist. Das Gehäuse 1 kann ganz allgemein eine Baugruppe sein, in die zwei Bauteile 2,10 mit einem vorgegebenen Ab- stand zueinander exakt und mit geringen Toleranzen eingebaut werden sollen. Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Anwen- dung wird als Gehäuse 1 ein Injektorgehäuse verwendet, in das die beiden Bauteile 2 und 10 einzubauen sind. Das erste Bau- teil 2 ist beispielsweise ein Aktor, insbesondere ein piezo- elektrischer Aktor. Ein zweites Bauteil 10 soll mit einem vorgegebenen Abstand H zum ersten Bauteil 2 eingebaut werden soll. Das erste Bauteil 2 kann aber auch eine Bodenplatte des Aktors oder dergleichen sein.

Das zweite Bauteil 10 ist als Stellglied ausgebildet, insbe- sondere kann es ein Hubumkehrer, ein Düsenkörper oder ein Be- tätigungselement eines Servoventils oder dergleichen sein, das von dem piezoelektrischen Aktor 2 betätigt werden soll.

Bevor das zweite Bauteil 10 eingebaut werden kann, wird zu- nächst das erste Bauteil 2 in eine erste Bohrung 6a der Stu- fenbohrung 6 möglichst genau an einer dafür vorgesehenen Stelle einsetzt und fixiert. Eine Unterseite 17a des ersten Bauteils 2 bildet eine erste Bezugsfläche für den vorgegebe- nen Abstand H. Die erste Bohrung 6a ist im oberen Teil von

Figur 1 erkennbar und weist einen ersten Durchmesser dl auf, der kleiner ist als ein zweiter Durchmesser d2 einer zweiten Bohrung 6b. Die zweite Bohrung 6b ist im unteren Teil der Stufenbohrung 6 angeordnet. Am Übergang zwischen den beiden Bohrungen 6a, 6b bildet sich auf Grund der unterschiedlichen Durchmesser dl, d2 eine ringförmige Stufe 16 aus.

In einem nächsten Schritt wird in die zweite Bohrung 6b mit dem größeren Durchmesser d2 ein Prägering 3 soweit einge- führt, bis dieser auf der ringförmigen Stufe 16 der Stufen- bohrung 6 aufliegt. Der Prägering 3 ist derart ausgeformt, dass er die Funktion des nachfolgend einzubauenden zweiten Bauteils 10 nicht beeinträchtigt.

Die Unterseite 17a des in der ersten Bohrung 6a fixierten ersten Bauteils 2 bildet somit zu einer unteren Ringfläche 17 des Prägeringes 3 eine Bezugsbasis für einen Abstand H, mit dem das zweite Bauteil 10 nach der Prägung des Prägeringes 3 in der zweiten Bohrung 6b gehaltert werden soll.

Die Höhe des Prägeringes 3 ist so gewählt, dass durch Zusam- menpressen des Prägeringes 3 der Abstand H, der als Sollmaß vorgegeben ist und zwischen der Unterseite 17a des erste Bau- teils 2 und der unteren Ringfläche 17 des Prägeringes 3 ge- messen wird, mit einem vorgegebenen Wert hergestellt werden kann.

Nachdem der Prägering 3 auf die Stufe 16 aufgelegt wurde, wird ein Prägestempel 4 in die zweite Bohrung 6b bis zur un- teren Ringfläche 17 des Prägeringes 3 eingeführt. Der Präge- stempel 4 weist eine zentrale Längsbohrung 18 mit einem Durchmesser d auf, in die ein Messtaster 5 so weit eingeführt werden kann, bis sein Kopfende die Unterseite 17a des ersten Bauteils 2 berührt. Die Länge des Messtasters 5 ist abhängig vom angewendeten Messverfahren und ist beispielsweise so be- messen, dass ein Endstück E des Messtasters 5 ein kleines Stück aus der Längsbohrung 18 des Prägestempels 4 herausragt.

Um durch Prägen des Prägeringes 3 den gewünschten Abstand H herstellen zu können, ist an dem Prägestempel 4 eine erste Bezugsmarke B, beispielsweise als ebene Messfläche angeord- net. Des weiteren ist auf dem Endstück E des Messtasters 5 ist eine zweite Bezugsmarke C aufgebracht, die ebenfalls als Bezugsfläche ausgebildet sein kann. Somit kann zwischen der ersten Bezugsmarke B an dem Prägestempel 4 und der zweiten Bezugsmarke C an dem Messtaster 5 ein Referenzmaß x gemessen beziehungsweise abgelesen werden. Das Referenzmaß x ist dabei so gewählt, dass bei Vorliegen des Referenzmasses x zwischen der ersten und der zweiten Bezugsmarke B, C die untere Ring- fläche 17 des Prägeringes 3 den Abstand H zur Unterseite 17a des ersten Bauteils 2 aufweist.

In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem End- teil E eine Markierung oder Skalierung 19 aufgebracht, an der die Tiefe der Prägung beziehungsweise der Abstand zwischen der Unterseite 17a des ersten Bauteils 2 und der unteren Ringfläche 17 des Prägeringes 3 überwacht werden kann.

Mit einer in der Figur la nicht dargestellten, bekannten Prä- geeinrichtung wird nun der Prägering 3 so weit verformt, bis der vorgegebene Wert x für das Referenzmaß und damit der Ab- stand H zwischen der unteren Ringfläche des Prägerings 3 und der Unterseite 17a des ersten Bauteils 2 erreicht wird. Der Prägering 3 ist zu diesem Zweck beispielsweise aus einem ent- sprechenden Kaltstauch-und Kaltfließpressstahl nach DIN 1654 gefertigt.

Alternativ ist auch vorgesehen, die Verformung des Prägerin- ges 3 schon etwas früher zu beenden. Der Prägeweg ist in die- sem Fall etwas kürzer. Damit wird ein Abstand H+dx einge- stellt, dem ein Referenzmaß mit dem Wert x-dx entspricht.

Dieses ist von Vorteil, wenn zum Beispiel die beiden Bauteile 2,10 berührungsfrei mit einem gewissen Abstand zueinander

eingebaut werden sollen. Für den Aktor 2 ergibt sich dadurch ein Leerhub mit dem Wert dx.

Da während des Pressvorganges das gewünschte Referenzmaß kon- tinuierlich beobachtet werden kann, kann bei Erreichen des gewünschten Abstandes H+dx mit dem Montagemaß x-dx der Press- vorgang vorzeitig gestoppt werden. Durch das beschriebene Verfahren wird der Abstand auf einen präzisen Wert einge- stellt, so dass die einzelnen Bauteiletoleranzen wirkungsvoll und kostengünstig kompensiert sind.

Als Messeinrichtung 7, mit der das Referenzmaß x beziehungs- weise x-dx erfasst wird, kommen alle per se bekannten mecha- nischen, optischen oder elektrischen Messanordnungen in Fra- ge. In einer bevorzugten Ausführungsform wird beispielsweise eine optische Messeinrichtung 7 der LM-Serie von der Firma Heidenhain GmbH verwendet, die insbesondere in der Automati- sierungstechnik einsetzbar ist. Diese Messeinrichtung 7 weist einen laserinterferometrischen Messtaster auf, mit dem Mess- genauigkeiten erzielt werden, die im Nanometerbereich liegen.

Für die Messung wird ein He-Ne-Laser verwendet, dessen Licht einem Miniaturinterferometer zugeführt wird, das sich an der Messstelle befindet. Das Miniaturinterferometer erfasst die Messbewegung einer Messpinole, die dem Abstand der beiden Be- zugsmarken B und C an dem Prägestempel 4 beziehungsweise an dem Messtaster 5 entsprechen, und setzt diese Bewegung in ein optisches Interferenzsignal um. Das optische Messsignal wird dann über einen Lichtwellenleiter zu einer optischen Auswer- te-und Versorgungseinheit übertragen und als Messergebnis entweder auf einer digitalen Anzeige oder auf dem Monitor ei- nes Computers ausgegeben. Des weiteren wird das Messsignal verwendet, um die Prägevorrichtung mit dem Prägestempel 4 zu steuern beziehungsweise abzuschalten, wenn der vorgesehene Abstand H beziehungsweise H+dx oder das Referenzmaß x oder x- dx erreicht ist.

Alternativ kann zwischen dem Endstück E des Messtasters 5 und dem Prägestempel 4 ein elektrischer Kontakt angebracht wer- den, der von außen gut einsichtbar und justierbar ist. Der elektrische Kontakt wird dabei so justiert, dass er bei Er- reichen des vorgesehenen Referenzmaßes x oder x-dx ein Ab- schaltsignal an die Prägeeinrichtung liefert. Im unteren Teil von Figur la ist ausschnittsweise eine solche elektrische Messanordnung schematisch dargestellt. An dem Prägestempel 4 ist eine Kontaktfahne 31 angeordnet, deren Kontakt auf die Längsbohrung 18 gerichtet ist. Mittels einer Stellschraube 31 kann die Kontaktfahne in der Höhe justiert und gegebenenfalls ein Leerhub dx eingestellt werden. Das Endstück E des Mess- tasters 5 ist in diesem Fall etwas kürzer ausgebildet und ge- gen den Prägestempel 4 isoliert ausgeführt. Beim Prägen der Prägescheibe 3 bewegt sich der Prägestempel 4 relativ zum Messtaster 5 nach oben. Wenn die Kontaktfahne 31 den Messtas- ter 5 berührt, ist das Referenzmaß x-dx erreicht. Die Kon- taktfahne 31 schließt dabei einen Stromkreis I über den Mess- taster 5 und den Prägestempel 4. Dieses Signal wird dann zum Beenden des Prägevorgangs genutzt.

Figur lb zeigt in einer vergrößerten Darstellung den Präge- vorgang. Man erkennt den Prägering 3, der sich durch den Prä- gevorgang an die Kontur der Stufe 16 in der Wandung des Ge- häuses 1 anpasst. Durch die Verwendung des Prägestempels 4, der eine plane und glatte Prägefläche aufweist, die zudem präzise im 90° Winkel zur Längsachse geschliffen ist, ergibt sich, dass die geprägte Fläche, d. h. die untere Ringfläche 17 des Prägeringes 3 rechtwinklig und glatt ausgeführt ist. Da- durch liegt das eingeführte zweite Bauteil 10 genau und spielfrei auf dem Prägering 3 auf, so dass ein vorgegebene Abstand H oder H+dx beziehungsweise das vorgegebene Referenz- maß x oder x-dx exakt eingehalten werden kann.

Der Prägering 3 weist entsprechend Figur 1b vorzugsweise eine Ringbreite d3 auf, die größer ist als die Breite der Stufe 16, die eine Stufenbreite d4 aufweist. Die Stufe 16 selbst

ist als Auflagefläche für das zweite Bauteil 10 nicht so günstig, da ihre Stufenbreite d4 einerseits relativ schmal ist und andererseits ihre Oberfläche durch die Bearbeitungs- werkzeuge eine gewisse Rauhigkeit und Unebenheit aufweist.

Nachteilig wäre auch, dass sich wegen der langen Stufenboh- rung 6 die Oberfläche nur schwer plan bearbeiten lässt.

Nach Erreichen des vorgegebenen Referenzmaßes x-dx wird der Prägestempel 4 mit dem Messtaster 5 aus der zweiten Bohrung 6b herausgenommen und das zweite Bauteil 10 bis zum Aufsetzen auf der unteren Ringfläche 17 des zusammengepressten Präge- ring 3 eingeschoben.

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Injektor für die Kraftstoffeinspritzung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Zunächst ist ein In- jektorgehäuse 1 mit einer Stufenbohrung 6 erkennbar. Durch die beiden Bohrungen 6a, 6b der Stufenbohrung 6 mit ihren un- terschiedlichen Durchmessern ergibt sich die Stufe 16. Auf die Stufe 16 ist der Prägering 3 eingelegt und auf die ge- wünschte Dicke mit dem Einstellmaß 12 geprägt worden. Als erstes Bauteil 2 wurde ein piezoelektrischer Aktor in die kleinere, erste Bohrung 6a eingefügt und am oberen Teil des Gehäuses 1 an einer Verbindungsstelle A mit dem Gehäuse 1 be- festigt. Die Unterseite 17a des piezoelektrischen Aktors 2 weist in Bezug auf die untere Ringfläche 17 des Prägeringes 3 ein vorgegebenes Einbaumaß 15 für das erste Bauteil 2, den Aktor auf. Zusammen mit dem Einstellmaß 12 des Prägeringes ergibt sich aus den beiden Maßen 15+12 der vorgegebene Ab- stand H als Maß zwischen der Unterseite 17a des Aktors 2 und der unteren Ringfläche 17 des Prägeringes 3.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist das zweite Bauteil 10 als Hubtransformator ausgebildet, der als Hubum- kehrer wirkt. Der Hubumkehrer liegt spielfrei an der unteren Ringfläche 17 des Prägeringes 3 an und bewegt entsprechend der dargestellten Pfeile sein unteres Teil nach oben, wenn

sich der Aktor 2 nach unten ausdehnt. Im nicht aktivierten Zustand des Aktors 2 drückt der Hubumkehrer 10 über einen Stößel 13 auf ein Servoventil 20, so dass dieses geschlossen ist. Das Servoventil 20 regelt den Kraftstoffabfluss aus ei- ner Steuerkammer 21, die über eine Zulaufdrossel mit Kraft- stoff versorgt wird. Die Steuerkammer 21 wird von einer be- weglich gelagerten Düsennadel 14 begrenzt. Der Kraftstoff- druck spannt die Düsennadel 14 auf einen Dichtsitz 24 vor. In dieser Position sind die Einspritzlöcher 25 des Einspritzven- tils verschlossen, die in Fließrichtung gesehen nach dem Dichtsitz des Servoventils 20 angeordnet sind. Die Düsennadel 14 ist in der Steuerkammer 21 angeordnet, die über eine Zu- leitung 22 versorgt wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Hubumkeh- rer 10 direkt an der Unterseite 17a des Aktors 2 an. Alterna- tiv kann auch ein Leerhub zwischen dem Aktor 2 und dem Hubum- kehrer 10 vorgesehen sein. Wird der Aktor 2 durch Anlegen ei- ner Spannung aktiviert, dann dehnt sich der Aktor 2 aus und drückt auf den Hubumkehrer 10. Der Hubumkehrer bewegt den Stößel 13 nach oben, so dass sich wegen des einwirkenden Kraftstoffdrucks das Schließglied des Servoventils 20 vom Dichtsitz abhebt. Damit öffnet das Servoventil 20, so dass Kraftstoff aus der Steuerkammer 21 abfließt. Es fließt zwar über eine Zulaufdrossel gleichzeitig Kraftstoff in die Steu- erkammer 21, aber der Zufluss ist geringer als der Abfluss.

Damit sinkt der Druck in der Steuerkammer 21. Die Düsennadel 14 wird somit entlastet. Kraftstoffdruck, der an Druckflächen der Düsennadel 14 angreift, hebt die Düsennadel 14 vom Dicht- sitz 24 ab. Damit werden die Einspritzlöcher 25 geöffnet und Kraftstoff wird in den Brennraum des Motors eingespritzt.

Wird der Aktor entstromt, dann wird das Servoventil 20 ge- schlossen, der Druck in der Steuerkammer 21 erhöht und die Düsennadel 14 auf den Dichtsitz 24 gedrückt. Damit endet die Einspritzung.