Diesel-Kraftstoffinjektor

Ein Hersteller von Diesel-Kraftstoffbaugruppen benötigte einen Stift mit einer höheren Scherfestigkeit als der bisher verwendete Spiralspannstift mit 3 Windungen, um dem bei der Demontage entstehenden Drehmoment standzuhalten.

Der Kunde verwendet derzeit einen Spiralspannstift mit 3 Windungen, um drei Komponenten innerhalb eines Diesel-Kraftstoffinjektors auszurichten. Die Stifte werden in Bohrungen an der Ober- und Unterseite der mittleren Komponente eingepresst und weisen in den beiden Gegenkomponenten eine Spielpassung auf. Die Komponenten werden montiert und anschließend sorgfältig in das Injektorgehäuse eingesetzt.

Die Stifte positionieren die einzelnen Teile so, dass eine Kraftstoffbohrung über alle Komponenten hinweg fluchtet. Der Kraftstoff fließt durch diese Bohrungen zum Ende des Injektors und tritt aus der Injektordüse aus, um in die Zylinder eines Verbrennungsmotors zu strömen.

Neben der Ausrichtung der Komponenten ist es zwingend erforderlich, dass die Stifte keine Aufwölbung des Materials der Aufnahme verursachen und bei der Installation keine Späne oder Partikel entstehen. Herkömmliche Zylinderstifte wurden in der Vergangenheit aus mehreren Gründen als praktikable Lösung ausgeschlossen. Kerbstifte erfordern eine zu hohe Einpresskraft und verformen die Stirnfläche der Komponente um die Bohrung herum, was eine saubere Trennfläche zwischen den Teilen verhindert. Rändelstifte bergen das Risiko, dass Absplitterungen in die Baugruppe gelangen, falls die Rändel während der Installation abscheren. Schließlich erfordern zylindrische Passstifte extrem enge Toleranzen, um einen ordnungsgemäßen Sitz zu gewährleisten, was die Gesamtmontagekosten der Komponenten drastisch erhöht.

Der Spiralspannstift mit 3 Windungen bietet dem Kunden ein Element, das ohne Spanbildung installiert werden kann und die Verwendung von Standard-Bohr- und Reibtoleranzen in den eng tolerierten Bohrungen ermöglicht. Da der Stift zu 50 % in der eng tolerierten Bohrung gehalten wird und aus drei Materialwicklungen besteht, ist das Rückfederungsverhalten des Durchmessers dieses speziellen Spiralspannstifts begrenzt. Daher behält der Stift an dem aus den Bohrungen herausragenden Teil seine Form bei, was einen konstanten Durchmesser für die Ausrichtung der Gegenkomponenten gewährleistet.

Am Ende der Lebensdauer des Injektors werden die Teile zerlegt, überholt und anschließend auf dem Markt für wiederaufgearbeitete Produkte weiterverkauft.

Das Problem tritt bei der Demontage des Injektors auf. Während des Betriebs lagert sich gelegentlich Kohle (Verkokung) im Kraftstoffinjektor ab und verbindet eine Mutter des Injektorgehäuses fest mit den drei ausgerichteten Komponenten. Wenn das Injektorgehäuse von der Basis abgeschraubt wird, überträgt die festsitzende Mutter das Drehmoment auf die Stifte in den ausgerichteten Komponenten. Dieses Drehmoment ist so hoch, dass es die Scherfestigkeit der Stifte übersteigt. Wenn die Stifte abscheren, verklemmen sich die Stiftreste in den eng tolerierten Sacklöchern, und die scharfen Kanten der gebrochenen Stifte beschädigen gelegentlich die Trennflächen der Komponenten. Die Folge ist eine teure maschinelle Bearbeitung zur Reparatur der Baugruppe, und in manchen Fällen sind die Komponenten irreparabel und müssen entsorgt werden.

Der Kunde bat um einen Stift, der eine höhere Scherfestigkeit als der Spiralspannstift mit 3 Windungen aufweist, um dem bei der Demontage entstehenden Drehmoment standzuhalten. Der Stift musste weiterhin so beschaffen sein, dass er bei der Installation keine Verformung des Materials der Aufnahme oder Spanbildung verursacht.

Als Reaktion auf die Anforderungen des Kunden entwickelte die SPIROL-Anwendungstechnik den helixförmig genuteten Stift. Dieser einzigartige, auf Sonderbestellung gefertigte Stift verfügt über breite Nuten und flache Erhöhungen, die spiralförmig um den Stiftkörper verlaufen und breite Anlageflächen (Anpressdruck) schaffen. Dieses Merkmal eliminiert die Spanbildung in den Bohrungen sowie die Verformung des Stifts und der Aufnahme während der Installation, wodurch das Einbringen von Absplitterungen in die Baugruppe verhindert wird. Zudem entspricht die Einpresskraft in etwa der des Spiralspannstifts mit 3 Windungen und liegt um 25 % unter der eines traditionellen Kerbstifts. Ein weiterer Vorteil ist die minimale Variation der Einpresskraft, wobei die Einpress- und Ausschubkräfte annähernd gleich sind. Da der Stift aus massivem, wärmebehandeltem 6150-Legierungsstahl besteht, liegt die Scherfestigkeit schließlich um ca. 30 % höher als die des Spiralspannstifts mit 3 Windungen, was die Reparatur- und Wiederbeschaffungskosten der Injektorkomponenten erheblich senkt.

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