DE4437847A1 - Einspritzdüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse, insbeson­ dere für ein Dieseleinspritzsystem in Kraftfahrzeu­ gen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Einspritzdüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Stand der Technik

Es ist bekannt, in Brennkraftmaschinen von Kraftfahr­ zeugen Einspritzventile einzusetzen, über die der Kraftstoff in die Zylinderkammern der Brennkraftma­ schinen gespritzt wird. Die Einspritzdüse wird hierzu von wenigstens einem Spritzkanal durchdrungen, der in der Zylinderkammer mündet. Über eine Anzahl, einen Querschnitt sowie eine Strahlrichtung der Spritzka­ näle kann die Aufbereitung eines Luft-Kraftstoff-Ge­ misches in den Zylinderkammern beeinflußt werden. Hierzu ist es bekannt, zur Optimierung der Brenn­ kraftmaschinen, insbesondere hinsichtlich Verbrauch, Schadstoffemission, Leistung und Geräuschentwicklung, im Querschnitt immer kleinere Spritzkanäle bei immer höheren Drücken anzustreben. Durch eine vorgegebene Geometrie der Zylinderkammern (Brennkammern der Brennkraftmaschinen) ist es bekannt, die Spritzkanäle in einem Winkel zu einer Längsachse der Einspritzdüse anzuordnen.

Hierzu sind Einspritzdüsen bekannt, die eine aus ei­ nem Teil bestehende Düsenplatte aufweisen, in die Spritzkanäle, beispielsweise durch Erodieren, feinme­ chanisches Bohren, Laserbohren, eingebracht werden. Hierbei ist nachteilig, daß die Spritzkanäle nicht mit der notwendigen Genauigkeit im extrem kleinen Ab­ messungsbereich hergestellt werden können und ledig­ lich das Einbringen von Spritzkanälen mit gleicher Winkelstellung in einer Einspritzdüse möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den im An­ spruch 1 genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß in einfacher Weise eine Vielzahl von Spritzkanälen vorgesehen sein können, die mit hoher Präzision einfach herstellbar sind und die den glei­ chen Winkel zu einer Längsachse der Einspritzdüse, jedoch eine unterschiedliche Neigung zu einer durch die Einspritzdüse verlaufenden Ebene besitzen. Da­ durch, daß die Einspritzdüse von zwei formschlüssig ineinandergreifenden, sich an Mantelflächen berühren­ den Teilen gebildet wird und an wenigstens einer der Mantelflächen die Spritzkanäle als randoffene Vertie­ fungen ausgebildet sind, können die Spritzkanäle ent­ sprechend der Wahl der Mantelflächen eine beliebige Neigung aufweisen, so daß die Spritzrichtung der Spritzkanäle frei bestimmt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung verlaufen die Mantelflächen kegelstumpfförmig, so daß die Spritz­ kanäle kegelförmig angeordnet sind und so eine sich kegelförmig erweiternde Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennkammer möglich ist. Hierdurch wird eine Verteilung des Kraftstoffes auf ein relativ großes Volumen erreicht, so daß eine bessere Aufbereitung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches möglich ist.

Ferner ist vorteilhaft, wenn die Spritzkanäle einen über ihre Länge sich ändernden Querschnitt aufweisen, so daß über die Wahl des Querschnittes der Spritz­ kanäle das Einspritzverhalten der Einspritzdüse ein­ gestellt werden kann. So sind vorteilhaft Quer­ schnittserweiterungen und/oder Querschnittsveren­ gungen und/oder Querschnittsverzweigungen möglich, die eine Düsenwirkung und/oder eine Diffusorwirkung auf den durch die Spritzkanäle gedrückten Kraftstoff ausüben. Die Verteilung des Kraftstoffes zur Bildung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Zylinderkammern kann somit optimiert und sehr genau eingestellt wer­ den.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Querschnitt der Spritzkanäle veränderbar ist. Hierzu besitzt vorteilhaft eine Mantelfläche eines Teiles zu den Vertiefungen der anderen Mantelfläche des anderen Teils komplimentäre Erhebungen, die in die Vertiefungen eingreifen, wobei die Teile vorteilhaft vertikal zueinander beweglich angeordnet sind. Die Erhebungen der einen Mantel­ fläche sind so in den Vertiefungen der anderen Man­ telfläche verschiebbar, so daß es zu einer ventilar­ tigen Veränderung der Querschnittsfläche der Spritz­ kanäle kommt. Bei einer aufeinander zugerichteten Be­ wegung der beiden Teile werden die Erhebungen in den Vertiefungen eingeführt und verringern so den Quer­ schnitt der Spritzkanäle und können diesen im Maxi­ malfall ganz verschließen. Hierdurch wird ein Tot­ volumen der Einspritzdüse ininimiert. Um ein Ver­ klemmen der beiden zueinander beweglich gelagerten Teile zu verhindern, können die Vertiefungen oder die Erhebungen einen geringfügigen Materialabtrag er­ fahren, so daß diese mit einem Mindestspiel zueinan­ der bewegbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den im Anspruch 15 genannten Merkmalen hat den Vorteil, daß eine Spritzkanäle aufweisende Einspritzdüse kostengünstig und mit hoher Präzision hergestellt werden kann. Dadurch, daß die Einspritzdüse aus zwei formschlüssig ineinandergreifenden, sich an Mantelflächen berühren­ den Teilen gebildet wird, die durch Prägen oder Spritzgießen einer Kunststofform mit nachfolgender galvanischer Abformung hergestellt werden und die beiden Teile anschließend gefügt werden, kann mit ei­ nem einfachen Fertigungsverfahren eine hochpräzise Einspritzdüse hergestellt werden. Insbesondere lassen sich durch die mikromechanischen Verfahrensschritte Einspritzdüsen mit hoher Präzision erreichen, die trotz einer massenhaften Fertigung keine Qualitäts­ einbußen aufkommen lassen. Eine Kombination der mi­ kromechanischen Strukturierungsverfahren der Planar­ technik mit den elektrochemischen Abformtechniken in Verbindung mit dem zweiteiligen Aufbau der Einspritz­ düse gestattet es, Einspritzdüsen mit beliebig ge­ neigten, mikroskopisch feinen Spritzkanälen herzu­ stellen, die eine kostengünstige Massenfertigung bei gleichzeitiger Einhaltung geringster Fehlertoleranzen erlauben. Insbesondere lassen sich über die mikrome­ chanischen Verfahren und die Abformtechniken belieb­ ige Variationen der Spritzkanäle hinsichtlich ihres Neigungswinkels, ihres Querschnitts beziehungsweise ihrer Querschnittsveränderung erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Einspritzdüse;

Figuren Verfahrensschritte zur Herstellung eines 2 bis 4 ersten Teils der Einspritzdüse;

Fig. 5 bis 7 Verfahrensschritte zur Herstellung eines zweiten Teils der Einspritzdüse;

Fig. 8 bis 10 Verfahrensschritte zur Herstellung eines Prägestempels für die Herstellung des ersten Teils der Einspritzdüse;

Fig. 11 bis 16 Verfahrensschritte zur Herstellung eines Prägestempels für die Herstellung des zweiten Teils der Einspritzdüse;

Fig. 17 und 18 Verfahrensschritte zur Herstellung von Spritzkanälen;

Fig. 19 bis 22 Ausführungsvarianten der Spritzkanäle;

Fig. 23 bis 26 Verfahrensschritte zur Herstellung des zweiten Teils der Einspritzdüse nach einer weiteren Variante und

Fig. 27 und 28 schematisch eine Schnittdarstellung und eine Draufsicht auf eine Einspritzdüse gemäß einer weiteren Variante.

Fig. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Ein­ spritzdüse. Die Einspritzdüse 10 besteht aus einem ersten Teil 12 und einem zweiten Teil 14. Das erste Teil 12 besitzt einen vorzugsweise rotationssymmetri­ sch ausgebildeten Grundkörper 16, der eine axiale Durchgangsöffnung 18 aufweist. Die Durchgangsöffnung 18 verläuft kegelstumpfförmig und wird von einer Mantelfläche 20 begrenzt. Das Teil 14 wird von einem Kegelstumpf 22 gebildet, der eine Mantelfläche 24 aufweist. Die Form des Kegelstumpfes 22 entspricht dabei der Kegelstumpfform der Durchgangsöffnung 18, das heißt, die Mantelflächen 20 und die Mantelflächen 24 verlaufen unter einem gleichen Kegelwinkel. Über den Umfang des Kegelstumpfes 22 sind auf der Mantel­ fläche 24 Spritzkanäle 26 angeordnet. In der Fig. 1 sind zwei Spritzkanäle 26 gezeigt, wobei über den Umfang des Kegelstumpfes 22 eine beliebige Anzahl von Spritzkanälen 26 vorgesehen sein können. Die Spritz­ kanäle 26 sind als zur Mantelfläche 24 randoffene Vertiefungen 28 ausgebildet. Die Spritzkanäle 26 besitzen einen Eintrittsquerschnitt 30 und einen Austrittsquerschnitt 32. Im gezeigten Beispiel sind sowohl der Eintrittsquerschnitt 30 als auch der Aus­ trittsquerschnitt 32 rechteckig ausgebildet. Diese können jedoch auch jede beliebige andere geometrische Form aufweisen. Die Spritzkanäle 26 besitzen eine der Mantelfläche 24 entsprechende Winkelstellung zu einer gedachten Axialen 34 und entsprechend ihrer Positio­ nierung auf der Mantelfläche 24 eine unterschiedliche Neigung zu einer durch die Axiale 34 gelegten Ebene.

Entsprechend der Pfeile 36 wird das Teil 14 in das Teil 12 gefügt, wobei die Mantelfläche 24 des Teiles 14 an der Mantelfläche 20 des Teiles 12 formschlüssig anliegt. Das Fügen der Teile 12 und 14 kann dabei je nach Öffnungswinkel des Kegelstumpfes 22 beziehungs­ weise der kegelstumpfförmigen Durchgangsöffnung 18 durch Pressen, Diffusionsschweißen, Hartlöten, iso­ therme Erstarrung oder weitere geeignete Fügever­ fahren erfolgen. Durch die komplimentäre Ausbildung des Kegelstumpfes 22 zu der Durchgangsöffnung 18 er­ folgt während des Fügens eine Selbstjustierung, so daß insgesamt die Einspritzdüse 10 entsteht. Während des Fügens schließt die Mantelfläche 20 die rand­ offenen Vertiefungen 28 des Teiles 14 entlang der Mantelfläche 24 ab, so daß die Spritzkanäle 26 mit ihren Eintrittsquerschnitten 30 und ihren Austritts­ querschnitten 32 entstehen. Nach dem Fügen kann die Einspritzdüse 10 an ihrer Unter- und/oder Oberseite plangeschliffen und gegebenenfalls poliert werden, so daß die Eintrittsquerschnitte 30 und Austrittsquer­ schnitte 32 sicher freigelegt sind. Die Einspritzdüse 10 kann nunmehr mit ihrem Grundkörper 16 in eine entsprechende Aufnahme eines Einspritzsystems, bei­ spielsweise in einen Einspritzdüsenhalter, montiert werden.

Anhand der Fig. 2 bis 4 wird das Herstellungsver­ fahren des in Fig. 1 gezeigten Teiles 12 verdeut­ licht. In diesen und den nachfolgenden Figuren sind die Verfahrensschritte immer in einem sogenannten Vielfachnutzen gezeigt, das heißt, mit einem Verfah­ rensschritt werden immer gleichzeitig eine Vielzahl von Teilen bearbeitet.

In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Prägestem­ pel 38, der die Topographie des späteren Teiles 12 aufweist, in eine plastisch verformbare Kunststoff­ masse 40 gedrückt. Als Kunststoffmasse 40 wird bei­ spielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet. Durch das Drücken des Prägestempels 38 in die Kunst­ stoffmasse 40, das beispielsweise unter Wärmeeinwir­ kung in eine thermoplastisch verformbare Kunststoff­ masse erfolgen kann, wird in der Kunststoffmasse 40 eine Negativform 42 des Prägestempels 38 erzeugt. Der Prägestempel 38 besitzt dabei die herausgearbeiteten Durchgangsöffnungen 18 mit deren Mantelflächen 20. Die Negativform 42 weist nach dem Prägevorgang kegel­ stumpfartige Erhöhungen 44 auf, deren Form der späteren Durchgangsöffnung 18 entspricht. Anstelle der Herstellung der Negativform 42 durch Prägen kann diese alternativ auch durch Mikrospritzgießen, Reak­ tionsspritzgießen oder einem anderen geeigneten Her­ stellungsverfahren hergestellt werden.

Die die Negativform 42 ergebende Kunststoffmasse 40 ist elektrisch leitfähig. Dies wird erreicht, indem der Kunststoffmasse 40 beispielsweise ein leitfähiger Füllstoff, zum Beispiel Metall oder Kohlenstoff, zu­ gegeben wird, oder die Negativform 42 an ihrer Ober­ fläche metallisiert wird. Das Aufbringen einer Dünn­ schichtmetallisierung kann beispielsweise durch Sput­ tern oder Aufdampfen erfolgen. Diese Metallisierung beziehungsweise die elektrisch leitfähige Kunststoff­ masse 40 dienen als Plating-Base für einen nach­ folgenden elektrochemischen Abscheidungsprozeß.

In der Fig. 3 wird ein nächster Verfahrensschritt verdeutlicht, in dem auf die Negativform 42 eine gal­ vanische Schicht 46 elektrochemisch abgeschieden wird. Die Schicht 46 paßt sich dabei der Kontur der Negativform 42 an. Insbesondere bildet die Schicht 46 dabei die von den Erhebungen 44 der Negativform 42 vorgegebene Mantelfläche 20 der späteren Durchbrüche 18 aus. Als Material für die Schicht 46 können alle den elektrochemischen Verfahren zugänglichen Stoffe verwendet werden. Besonders gut eignet sich aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig gu­ ter Bearbeitbarkeit ein chemisch legiertes Nickel (beispielsweise NiP, NiB, NiCo) . Entsprechend der Wahl des Prägestempels 38 kann der Winkel der Mantel­ flächen 20 der kegelstumpfförmigen Erhöhungen 44 im Bereich zwischen 0 und 90° frei gewählt werden.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird die Schicht 46 planarisiert, das heißt, die über die Erhöhungen 44 ragenden Bereiche der Schicht 46 werden durch eine entsprechende Bearbeitung, beispielsweise Fräsen, Schleifen oder Plandrehen, abgetragen. Anschließend wird die Kunststoffmasse 40 entformt, so daß man das in Fig. 4 gezeigte Gebilde aus der Schicht 46 mit planparallelen Oberflächen erhält, die entsprechend dem gewählten Raster des Prägestempels 38 eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 18 aufweisen, die eine kegel­ stumpfförmige Gestalt besitzen und durch die Mantel­ flächen 20 begrenzt werden. Somit ergibt sich ein zusammenhängendes Gebilde mit vielen Teilen 12, deren Vereinzelung noch erläutert wird.

In den Fig. 5 bis 7 wird die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Teiles 14 verdeutlicht. Die Ferti­ gung der Teile 14 erfolgt analog der Fertigung der Teile 12. Ein Prägestempel 48 wird in eine plastisch verformbare Kunststoffmasse 50 gedrückt, wobei in der Kunststoffmasse 50 eine Negativform 52 erzeugt wird.

Der Prägestempel 48 besitzt eine Vielzahl der Form des späteren Kegelstumpfes 22 entsprechende Erhö­ hungen 54. Die Erhöhungen 54 besitzen eine Mantel­ fläche, die der späteren Mantelfläche 24 entspricht. Auf den Erhöhungen 54 sind entsprechend der gewünsch­ ten Anzahl der späteren Spritzkanäle 26 Vertiefungen 56 eingearbeitet. Die Vertiefungen 56 führen beim Abdruck in der Kunststoffmasse 50 dort zu Erhebungen 58, die Bestandteil der Negativform 52 sind. Die Kunststoffmasse 50 ist wiederum elektrisch leitend beziehungsweise mit einer entsprechenden Metallisie­ rung versehen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird über der Negativform 52 eine Schicht 60 elektrochemisch aufgalvanisiert. Die Schicht 60 paßt sich dabei der Kontur der Negativform 52 an und bil­ det nach einer Planarisierung und Entformung die in Fig. 7 gezeigten, miteinander verbundenen Teile 14. Die Teile 14 weisen die Kegelstümpfe 22 mit ihren Mantelflächen 24 sowie die entlang der Mantelflächen 24 verlaufenden Vertiefungen 28 auf. Entsprechend dem gewählten Raster des Prägestempels 48 sind mattenar­ tig eine Vielzahl von Teilen 14 über verbleibende Stege 62 der Schicht 60 miteinander verbunden.

Die im Vielfachnutzen hergestellten Teile 12 und 14 werden nun gefügt, indem die in Fig. 4 gezeigte Struktur auf die in Fig. 7 gezeigte Struktur aufge­ setzt wird. Die Durchgangsöffnungen 18 werden dabei durch die Kegelstümpfe 22 verschlossen, wobei die Vertiefungen 28 vorerst Sacklöcher bilden. Nach dem Fügen, das wie bereits zu Fig. 1 erwähnt, durch Pressen, Schweißen, Löten usw. erfolgen kann, werden die Stege 62 beispielsweise durch Plandrehen abgetra­ gen, so daß die Vertiefungen 28 letztendlich die durchgehenden Spritzkanäle 26 ergeben. Anschließend werden die gefügten Teile 12 und 14 beispielsweise durch Sägen, Stanzen, Laserschneiden oder ähnlichem vereinzelt.

In den Fig. 8 bis 10 ist die Herstellung des Prägestempels 38 verdeutlicht. In einem ersten Ver­ fahrensschritt wird aus einem Material 64 durch fein­ mechanische Mikroverfahren auf einer Grundplatte 66 ein Kegelstumpf 68 hergestellt. Als Material 64 kann beispielsweise Kunststoff oder Metall verwendet wer­ den. Der Kegelstumpf 68 wird beispielsweise durch Mi­ krodrehen mit Präzisionsdiamanten erzeugt. Im An­ schluß kann der Kegelstumpf 68 durch eine schleifende Bearbeitung von Unebenheiten und einer Restrauhigkeit auf seiner Kegelmantelfläche befreit werden. Diese mikromechanischen Verfahrensschritte werden mit sehr hoher Präzision beherrscht, so daß eine hohe Genauig­ keit bei den späteren Teilen 12 und 14 beziehungs­ weise der Einspritzdüse 10 erreichbar wird. Die Grundplatte 66 mit dem Kegelstumpf 68 wird mit einer galvanischen Schicht 70 überzogen. Die Schicht 70 be­ sitzt dabei eine Stärke, die den Kegelstumpf 68 über­ ragt. Die Schicht 70 wird anschließend plange­ schliffen und die Grundplatte 66 mit dem Kegelstumpf 68 entformt. Hierdurch entsteht das in Fig. 10 gezeigte Element 72, das eine Vertiefung 74 aufweist, die der späteren Durchgangsöffnung 18 des Teiles 12 entspricht. Durch eine gleichzeitige Herstellung vie­ ler Elemente 72 entsteht der in Fig. 2 gezeigte Prägestempel 38, der im Vielfachnutzen gleichzeitig eine entsprechend große Zahl von Teilen 12 - wie dargelegt - prägen kann. Als Material 64 kann beispielsweise Kunststoff verwendet werden, der ent­ weder mechanisch oder chemisch entformt wird. Das Ma­ terial 64 kann beispielsweise thermoplastisch sein, so daß es durch eine einfache Wärmebeaufschlagung ge­ löst werden kann. Darüber hinaus kann ein Auflösen des Kunststoffes durch Lösungsmittel erfolgen. Das Material 64 kann ebenfalls aus einem Metall bestehen, das vorzugsweise den gleichen Temperaturausdehnungs­ koeffizient aufweist wie das Material, aus der die Schicht 70 aufgalvanisiert wird. Hierdurch kann eine sehr hohe Übertragung der Strukturen des Kegel­ stumpfes 68 auf die Schicht 70 und damit letztendlich auf das Element 72 erfolgen. Zum Erzielen einer definierten Haftung der Schicht 70 auf dem Material 64 kann auf diesem, beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen, eine dünne Zwischenschicht mit einer Stärke von ca. 100 Nanometer aufgebracht werden. Die Lage der Zwischenschicht ist in Fig. 9 mit 76 ange­ deutet.

Der gemäß der Fig. 8 bis 10 hergestellte Präge­ stempel 38 aus den Elementen 72 wird neben der Prä­ gung der Teile 12 für die Herstellung der Präge­ stempel 48 zum Prägen der Teile 14 verwendet. Durch diese gefundene Lösung wird eine sehr hohe Paßge­ nauigkeit der Teile 12 und 14 beim Fügen zu der Einspritzdüse 10 möglich.

In den Fig. 11 bis 16 ist die Herstellung der Prägestempel 48 verdeutlicht. In einem ersten Ver­ fahrensschritt wird die Form des Elements 72 in eine massive Kunststoffplatte 76 übertragen. Die Kunst­ stoffplatte 76 erhält hierdurch eine der Vertiefung 74 entsprechende kegelstumpfförmige Erhöhung 78. In die Erhöhung 78 werden nunmehr die die späteren Spritzkanäle 26 ergebenden Vertiefungen strukturiert. Diese Strukturierung erfolgt beispielsweise mittels eines Excimer-Lasers, der einen entsprechenden Ma­ terialabtrag bewirkt. Die Wirkung des Excimer-Lasers ist in Fig. 12 mit den Pfeilen 80 angedeutet. Durch den Excimer-Laser entstehen auf der Kegelmantelober­ fläche 82 der Erhöhung 78 Einschnitte 84. Anhand der Fig. 17 und 18 werden die Möglichkeiten der Struk­ turierung der Einschnitte 84 noch näher erläutert.

Die Kunststoffplatte 76 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, in dem dieser beispielsweise mit Metallteilchen oder Kohlenstoff gefüllt ist. An­ dererseits kann die fertige, in Fig. 12 gezeigte Struktur mit einer dünnen Metallisierung, als Pla­ ting-Base für eine nachfolgende elektrochemische Gal­ vanisierung versehen werden. Auf die strukturierte Kunststoffplatte 76 wird nunmehr eine erste Schicht 86 aufgalvanisiert, die sich der Kontur der Kunst­ stoffplatte 76, insbesondere der Erhöhung 78 und der Einschnitte 84, anpaßt. Anschließend wird die Kunst­ stoffplatte 76 mechanisch, chemisch oder durch Wärme­ behandlung entformt, so daß das in Fig. 14 gezeigte Element 88 entsteht. Dieses weist eine Vertiefung 90 auf, die eine kegelstumpförmige Form besitzt, wobei an dem Innenumfang einer Mantelfläche 92 die den Einschnitten 84 entsprechenden Erhöhungen 94 vorhan­ den sind. Das so gewonnene Element 88 kann nunmehr mit einer dünnen Zwischenschicht - wie bereits zu den Fig. 9 und 10 erwähnt - überzogen werden. An­ schließend erfolgt eine galvanische Abformung des Elements 88 mit einer zweiten Schicht 96, die nunmehr eine zu dem Element 88 komplimentäre Form aufweist. Die Schicht 96 ergibt ein selbständiges Element 98, auf dem das Element 88 angeordnet ist. In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Element 88 ent­ fernt. Dieses kann beispielsweise auf mechanischem Wege erfolgen, insbesondere dann, wenn die Schichten 86 und 96 beziehungsweise die Elemente 88 und 98 aus einem gleichen Metall elektrochemisch aufgalvanisiert wurden. Nach einer weiteren Möglichkeit können die Schichten 86 und 96 jedoch aus unterschiedlichen Metallen, beispielsweise Kupfer und Nickel, bestehen, so daß zur Entformung des Elements 98 das Element 88 selektiv weggeätzt werden kann. Nach Entformung des Elementes 88 von dem Element 98 entsteht das in Fig. 16 gezeigte Element 98, das dem in Fig. 5 gezeigten Prägestempel 48 entspricht. Durch gleichzeitige Her­ stellung einer Vielzahl von Elementen 98 kann ein entsprechender Prägestempel 48 mit einer Vielzahl der Erhöhungen 54 hergestellt werden, die jeweils durch Abformung der Erhöhungen 94 der Elemente 88 die Ver­ tiefungen 56 - die die späteren Spritzkanäle 26 er­ geben - aufweisen.

In der Fig. 17 ist eine erste Möglichkeit des Ein­ bringens der Einschnitte 84 in die Kunststoffplatte 76 gemäß Fig. 12 gezeigt. Die Kunststoffplatte 76 mit der durch das Element 72 angeformten kegelstumpf­ förmigen Erhöhung 78 werden auf einem in x-y-Richtung bewegbaren Montagetisch 100 gespannt. Die Kunststoff­ platte 76 wird dabei auf einer drehbar gelagerten, geneigten, hier mit 102 schematisch angedeuteten, Drehachse befestigt. Die Drehachse 102 besitzt eine Neigung, die derart ausgerichtet ist, daß die Oberfläche 82 der kegelstumpfförmigen Erhöhung 78 bei Drehung der Kunststoffplatte 76 in ihrem oberen Be­ reich immer parallel zu dem Montagetisch 100 bezie­ hungsweise senkrecht zu einer Laserstrahlung 104 des nicht dargestellten Excimer-Lasers liegt. Hierdurch können in dem gerade immer oben liegenden Bereich der Oberfläche 82 über die Laserstrahlung 104 die Einschnitte 84 - die später die Spritzkanäle 26 erge­ ben - eingebracht werden. Durch Drehung der Kunst­ stoffplatte 76 um die Drehachse 102 können über den Umfang der kegelstumpfförmigen Erhöhung 78 eine be­ liebige Anzahl von Einschnitten 84 strukturiert wer­ den. Durch die in Fig. 17 gezeigte Anordnung ist es möglich, im wesentlichen radial verlaufende Einschnitte 84 zu erzeugen.

In Fig. 18 ist eine weitere Anordnung zur Erzeugung der Einschnitte 84 gezeigt. Die Kunststoffplatte 76 ist hier um eine vertikale Drehachse 106 drehbar auf einem in x-y-z-Richtung verlagerbaren Montagetisch 108 gelagert. Die Kunststoffplatte 76 kann nunmehr wiederum mit der Laserstrahlung 104 des Excimer- Lasers bearbeitet werden. Durch die Möglichkeit der Bewegung des Montagetisches 108 in x-y-z-Richtung kann die kegelstumpfförmige Erhöhung 78 zu der Laser­ strahlung 104 beliebig positioniert werden. Auf der Oberfläche 82 können somit beliebig verlaufende Ein­ schnitte 84 entsprechend der gewählten Laserstrahlung 104 und der Stellung der Kunststoffplatte 76 struk­ turiert werden.

Das Strukturieren der Einschnitte 84 mittels des Excimer-Lasers ist lediglich beispielhaft. So kann entsprechend den Anforderungen an die Genauigkeit der Einschnitte 84 - also letztendlich der Spritzkanäle 26 - anstelle eines Excimer-Lasers jedes andere be­ liebige Mittel zur Mikrostrukturierung der Einschnit­ te 84 eingesetzt werden. Dies können beispielsweise Verfahren der Photolithographie, der Röntgentiefen­ lithographie und weitere bekannte Verfahren sein.

In den Fig. 19 bis 22 sind beispielhaft verschie­ dene Formen von Spritzkanälen 26 gezeigt, wobei klar ist, daß diese den mittels der Laserstrahlung 104 eingebrachten Einschnitten 84 - wie in den Fig. 17 und 18 erläutert - entsprechen. Zur besseren Verdeut­ lichung wird hier jedoch bereits von Spritzkanälen 26 gesprochen, obwohl diese aus den Einschnitten 84 über die entsprechende Abformung der Prägestempel bezie­ hungsweise der Kunststoffmassen entstehen.

In Fig. 19 ist ein Spritzkanal 26 gezeigt, der einen annähernd quadratischen Eintrittsquerschnitt 30 auf­ weist, der im Verlauf des Spritzkanals 26 in einen rechteckigen Austrittsquerschnitt 32 übergeht. Der Austrittsquerschnitt 32 besitzt hierbei im Verhältnis zu seiner Länge eine relativ geringe Höhe. Der Über­ gang vom Eintrittsquerschnitt 30 zum Austrittsquer­ schnitt 32 verläuft im wesentlichen kontinuierlich.

Gemäß Fig. 20 kann der Spritzkanal 26 auch entgegen­ gesetzt aufgebaut sein, indem ein rechteckiger Ein­ trittsquerschnitt 30 mit im Verhältnis geringer Höhe zu seiner Länge in einen im wesentlichen quadrati­ schen Austrittsquerschnitt 32 kontinuierlich über­ geht.

Eine weitere Variante eines Spritzkanals 26 ist in Fig. 21 gezeigt. Hier besitzen sowohl der Eintritts­ querschnitt 30 als auch der Austrittsquerschnitt 32 eine im wesentlichen gleiche quadratische Form. Im Verlauf des Spritzkanal 26 ist eine Erweiterung 110 eingearbeitet.

Gemäß Fig. 22 kann der Spritzkanal 26 sich von einem rechteckigen Eintrittsquerschnitt 30 zu einer Mehr­ zahl von beispielsweise quadratischen Austrittsquer­ schnitten 32 verzweigen. Hierzu sind im Verlauf des Spritzkanals 26 Verzweigungen 112 eingearbeitet.

Die in den Fig. 19 bis 22 dargestellten Varianten der Gestaltung der Spritzkanäle 26 sind lediglich beispielhaft und sollen die Vielfalt der Möglich­ keiten verdeutlichen. Es kann also der Spritzkanal 26 im Prinzip von jedem beliebigen Eintrittsquerschnitt 30 zu jedem beliebigen Austrittsquerschnitt 32 veränderbar gestaltet werden. Über die Wahl der Größenverhältnisse der Eintrittsquerschnitte 30 zu den Austrittsquerschnitten 32 kann insgesamt die Wirkung der Spritzkanäle 26; beispielsweise eine Düsenwirkung oder eine Diffusorwirkung usw., ein­ gestellt werden. Durch das Vorsehen von Erweiterungen 110, Verzweigungen 112 oder nicht dargestellten Ver­ engungen, im Verlaufe der Spritzkanäle 26 kann ge­ zielt auf den Austritt des durch die Spritzkanäle 26 geführten Kraftstoffes und damit auf die Ausbildung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, Einfluß genommen werden. Durch die hochpräzise Bearbeitung mittels eines Excimer-Lasers sind Auflösungen im Bereich kleiner 1 um möglich, so daß über den Umfang des Kegelstumpfes 22 der Einspritzdüse 10 Spritzkanäle 26 mit sehr kleinen Querschnitten in großer Anzahl und hoher Genauigkeit erzeugt werden können. So ist es ebenfalls möglich, bei einer Einspritzdüse 10 unter­ schiedliche Formen von Spritzkanälen 26, die sich beispielsweise alternierend abwechseln, vorzusehen, um so auf ein besonders günstiges, auf die Misch­ kammer für das Luft-Kraftstoff-Gemisch abgestimmte Geometrie optimiertes Strömungsbild des über die Spritzkanäle 26 eingespritzen Kraftstoffes Einfluß nehmen zu können.

In den Fig. 23 bis 26 ist eine alternative Mög­ lichkeit für die Herstellung der Teile 14 der Ein­ spritzdüse 10 veranschaulicht. Der Prägestempel 48 wird in eine mit plastisch verformbaren Kunststoff 114 beschichtete Metallplatte 116 gedrückt. Anstelle der Metallplatte 16 kann auch eine nichtmetallische Platte mit einer zur Kunststoffmasse 114 hin versehe­ nen metallischen Beschichtung verwendet werden. Nach dem Prägevorgang mittels des Prägestempels 48 wird die Metallplatte 116 im Bereich der entstandenen Ne­ gativform 52 durch Trockenätztechnik (RIE) freige­ legt. Hierdurch entsteht die in Fig. 24 gezeigte Struktur 118, bei der von der Metallplatte 116 in der Kunststoffmasse 114 die Negativformen 52 entspringen. In diese wird in einem nächsten Verfahrensschritt elektrochemisch eine Füllung 120 aufgalvanisiert. Die Galvanisierung erfolgt so lange, bis die Füllung 120 die Negativformen 52 bis über die Kunststoffschicht 114 ausfüllt. In einem nächsten Verfahrensschritt werden die über die Kunststoffmasse 114 überragenden Bereiche der Füllung 120 plangeschliffen und die so entstandenen Teile 14 mit den Spritzkanälen 26, wie in Fig. 26 gezeigt, entformt. Bei den in den Fig. 23 bis 26 gezeigten Verfahrenschritten bietet sich der Vorteil, daß beim Planschleifen der Füllung 120 ein vergleichsweise geringer Materialabtrag erfolgt und somit gegenüber der in den Fig. 5 bis 7 ge­ zeigten Variante ein geringerer Materialeinsatz not­ wendig ist. Diese Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Neigungswinkel der Mantelflä­ chen 24 der Teile 14 zu der Axialen 34 (Fig. 1) relativ klein ist und wenn das Fügen der Teile 12 mit den Teilen 14 zu der Einspritzdüse 10 nach Ver­ einzelung der Teile 14 durchgeführt werden soll.

In den Fig. 27 und 28 ist eine speziell ausgestal­ tete Einspritzdüse 10 gezeigt, bei der trotz eines teilweise unterschiedlichen Aufbaus zur besseren Ver­ deutlichung bei gleichen Teilen wie in Fig. 1 glei­ che Bezugszeichen verwendet sind. Hier ist die Ein­ spritzdüse 10 bereits im gefügten Zustand der Teile 12 und 14 in einer Schnittdarstellung und einer Draufsicht auf das Teil 14 gezeigt. Fig. 27 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-B gemäß Fig. 28, wobei in Fig. 28 das Teil 12 nicht darge­ stellt ist. Das Teil 14 besitzt die Spritzkanäle 26, die einen relativ großen Neigungswinkel ϕ zu der Axialen 34 aufweisen. Im gezeigten Beispiel beträgt der Neigungswinkel ϕ beispielsweise 75°. Im Beispiel sind über die Mantelflächen 24 des Kegelstumpfes 22 insgesamt vier Spritzkanäle 26 angeordnet. Das Teil 14 besitzt neben dem Kegelstumpf 22 einen zylindri­ schen Abschnitt 122, der in den Kegelstumpf 22 über­ geht. Die Spritzkanäle 26 münden somit nicht an der Unterseite des Teiles 14 beziehungsweise der Ein­ spritzdüse 10, sondern an deren seitlichem Umfang 124. Das Teil 12 besitzt die Durchgangsöffnung 18 lediglich als von unten offene Sacköffnung, die durch einen darüberliegenden Bereich 126 des Teiles 12 ab­ geschlossen ist. Der Bereich 112 besitzt eine in Richtung des Teiles 14 offene Ausnehmung 128, die als Zuführöffnung für das mittels der Einspritzdüse 10 zu verspritzende Medium, also dem Kraftstoff, dient. Durch die hier getroffene Wahl des Aufbaus der Teile 12 und 14 ist es möglich, sehr große Neigungswinkel ϕ der Spritzkanäle 26 zu erreichen, wobei gleichzeitig große Schichtdicken der Einspritzdüsen 10, die aus Stabilitätsgründen ca. 1 mm betragen, und ein be­ grenzter zur Verfügung stehender Einbauraum für die Einspritzdüse 10, beispielsweise mit einem Außen­ durchmesser von ca. 4 mm, realisiert werden sollen. Mit der gezeigten Variante können gleichzeitig große Längen der Spritzkanäle 26 bei geringen Höhen der Einspritzdüse 10 erreicht werden. Das Teil 14 besitzt zusätzliche Justagehilfen 130, die beispielsweise als zapfenförmige Verlängerungen über den Kegelstumpf 22 hinaus ragen und sich an der Wandung der Ausnehmung 128 anlegen. Die Wandung der Ausnehmung 128 und die Justagehilfen 130 besitzen hierzu ebenfalls jeweils eine kegelförmig verlaufende Gestalt, so daß sich bei der Montage eine Selbstjustierung ergibt. Die Justagehilfen 130 sind dabei jeweils zwischen zwei benachbarten Spritzkanälen 26 angeordnet, so daß diese das Zuführen des Kraftstoffes zu den Eintritts­ querschnitten 30 der Spritzkanäle 26 nicht behindern.

Claims (22)

1. Einspritzdüse, insbesondere für ein Dieselein­ spritzsystem in Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einem die Einspritzdüse durchdringenden Spritzkanal, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (10) von zwei formschlüssig ineinandergreifenden, sich an Man­ telflächen (20, 24) berührenden Teilen (12, 14) ge­ bildet wird und an wenigstens einer der Mantelflächen (20, 24) die Spritzkanäle (26) als randoffene Ver­ tiefungen (28) ausgebildet sind.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mantelflächen (20, 24) kegelstumpf­ förmig verlaufen.

3. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Mantel­ flächen (20, 24) ein Winkel (ϕ) einstellbar ist, unter dem die Spritzkanäle (26) geneigt angeordnet sind.

4. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (26) über ihre Länge eine veränderliche Geometrie aufweisen.

5. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (26) einen veränderlichen Querschnitt aufweisen.

6. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (26) einen kontinuierlich flacher und breiter werden­ den Querschnitt aufweisen.

7. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (26) einen kontinuierlich höher und schmaler werden­ den Querschnitt aufweisen.

8. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (26) Erweiterungen (110) und/oder Verengungen auf­ weisen.

9. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzkanäle (26) Verzweigungen (112) aufweisen.

10. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Austritts­ querschnitt (32) der Spritzkanäle (26) größer ist als ein Eintrittsquerschnitt (30).

11. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritts­ querschnitt (30) größer ist als der Austrittsquer­ schnitt (32).

12. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungs­ winkel (ϕ) zwischen 0° und 90° beträgt.

13. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mantel­ fläche (20, 24) zu den Vertiefungen (28) der anderen Mantelfläche (20, 24) komplimentäre Erhebungen auf­ weist.

14. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (12, 14) vertikal zueinander beweglich angeordnet sind, so daß die komplimentären Erhebungen mit den Einschnit­ ten (28) ventilartig zusammenwirken.

15. Verfahren zur Herstellung einer Einspritzdüse, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Teile (12, 14) der Ein­ spritzdüse (10) durch Prägen oder Spritzgießen einer Form, insbesondere einer Kunststofform, mit nachfol­ gender galvanischer Abformung hergestellt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß ein zum Prägen des Teils (12) eingesetzter Prägestempel (38) gleichzeitig zum Herstellen einer Negativform (abformbare Kunststoffplatte 56) für einen Prägestempel (48) zum Prägen des Teils (14) verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Spritzkanäle (26) ergeben­ den Strukturen des Prägestempels (48) mittels eines Eximer-Lasers strukturiert werden.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß den Spritzkanälen (26) entsprechende Einschnitte (84) in die Kunst­ stoffplatte (56) strukturiert werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatte (56) zur Strukturierung der Einschnitte (84) relativ zu einer Laserstrahlung (104) bewegt wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatte (56) mittels eines zur Laserstrahlung (104) in x-y- Richtung bewegbaren Montagetisches (100) bewegt wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatte (56) mittels eines zur Laserstrahlung (104) in x-y-z- Richtung bewegbaren Montagetisches (108) bewegt wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatte (56) zur Strukturierung einer Vielzahl von Einschnit­ ten (84) um eine Drehachse (102, 106) verdreht wird.