So wird eine Diesel-Einspritzleitung hergestellt: vom Stahlrohr zum fertigen Teil

Eine Hochdruck-Einspritzleitung für Dieselmotoren beginnt als nahtloses Präzisionsstahlrohr. Das Rohr wird abgelängt, entgratet und gereinigt, erhält an jedem Ende einen angeformten Dichtkegel und wird dann gebogen. Leitungen für die höchsten Drücke werden außerdem von innen vorgespannt, bevor sie am Motor eingebaut werden. Der hier beschriebene Ablauf stützt sich auf zwei Quellen: auf den deutschen Stahlrohrhersteller Benteler für das Ausgangsrohr und auf das Nachschlagewerk von Bosch zur Dieseleinspritzung für die Enden, die Biegungen und das Vorspannen.

In welchen Schritten wird eine Einspritzleitung hergestellt?

Eine Einspritzleitung entsteht, indem nahtloses Stahlrohr abgelängt, an den Enden umgeformt und gebogen wird. Die Quellen führen diese Schritte nicht als zusammenhängende Abfolge auf; die folgende Reihenfolge, auch ob zuerst die Enden oder die Biegungen kommen, ist unser Schluss. Er beruht auf Folgendem: Das Ausgangsrohr kommt zuerst, und ein Ende lässt sich nur an einem bereits abgelängten Rohr formen. Das Vorspannen steht am Schluss, weil Bosch es als Arbeitsgang beschreibt, der vor dem Einbau der Leitung am Motor erfolgt.

1. Ausgangsrohr. Nahtloses Rohr wird warmgewalzt oder kaltgezogen hergestellt; Präzisionsrohr kommt aus der Zieherei (Benteler).
2. Ablängen und Endenbearbeitung. Das Rohr wird auf Länge gesägt, entgratet und gereinigt; seine Enden werden plangedreht und angefast (Benteler).
3. Rohrendenumformung. Am Rohrende wird ein Dichtkegel angestaucht, geformt aus dem Werkstoff des Rohrs selbst (Bosch).
4. Biegen. Die Leitung wird ohne scharfe Biegungen gebogen, mit einem Radius von mindestens 50 mm (Bosch).
5. Vorspannen. Leitungen für Anwendungen ab 1.400 bar werden mit Innendruck vorgespannt (Bosch).

Die ersten beiden Schritte können schon im Rohrwerk erfolgen: Benteler schreibt, dass in seinen Ablängzentren Rohre auf Länge gesägt und anschließend entgratet und gereinigt werden.

Aus welchem Stahlrohr wird eine Einspritzleitung gefertigt?

Einspritzleitungen werden aus nahtlosem Stahlrohr gefertigt, weil die Leitung dem Höchstdruck des Systems und sehr großen Druckschwankungen standhalten muss. Im Nachschlagewerk Diesel Engine Management von Bosch heißt es: „Die Leitungen bestehen aus nahtlosen Präzisionsstahlrohren aus beruhigt vergossenem Stahl mit besonders gleichmäßigem Gefüge.“ Das Kapitel zu den Unit-Pump-Systemen sagt dasselbe: „Es werden daher hochfeste, nahtlose Stahlrohre verwendet.“

Über die Festigkeit entscheidet die Seite des Rohrs, die niemand sieht:

„Der wichtigste Faktor für die Druckschwellfestigkeit der Hochdruckleitung ist die Oberflächengüte der Innenwände der Leitungen, die durch Werkstoff und Rautiefe bestimmt wird.“

Bosch, Diesel Engine Management, S. 170

Ermüdungsrisse, die von Schwingungen ausgehen, sind in unserem Beitrag dazu, warum Einspritzleitungen reißen, beschrieben.

Das Ausgangsrohr selbst entsteht in einem Rohrwerk. Als Vorteile nahtloser Rohre nennt Benteler hohe Druckbeständigkeit, Belastbarkeit und gleichmäßige Form. Die Präzisionsrohre des Unternehmens kommen aus einer Zieherei, die nach Angaben des Unternehmens mit engen Toleranzen und in Abmessungen ab 4 mm Außendurchmesser arbeitet. In seinem Warmwalzwerk tastet ein dreidimensionales Prüfsystem die Oberfläche des Rohrs auf ganzer Länge auf Fehler ab, ohne dass die Anlage angehalten wird. Eine Automotive-Broschüre, die das Unternehmen 2016 herausgegeben hat, nennt Dieseleinspritzrohre unter den Anwendungen, für die es Rohre liefert. Benteler gehört zu den Stahlrohrherstellern, deren Rohre RSS Kumru verwendet.

Wie wird der Kegel geformt, und wann wird die Überwurfmutter aufgeschoben?

In der Verbindung, die Bosch beschreibt, ist der Kegel kein eigenes Teil: Der Dichtkegel kann aus dem Grundwerkstoff geformt werden. Die Überwurfmutter presst den Kegel in den Anschluss und stellt so die Abdichtung her. Bei manchen Ausführungen kommt eine Druckscheibe hinzu, die die Kraft der Mutter gleichmäßiger auf den Kegel verteilt. Eine Regel gehört dazu: „Der offene Durchmesser des Kegels sollte nicht verengt werden, da dies den Kraftstofffluss behindern würde.“ Solche Kegel werden laut Buch in der Regel nach DIN 73 365 gefertigt.

Keine dieser Quellen sagt, wann die Mutter aufgeschoben wird. Unser Schluss aus der Beschreibung von Bosch: Die Mutter liegt an der Rückseite des Kegels an, der Kegel passt also nicht durch sie hindurch, und die Mutter muss auf dem Rohr sein, bevor das zweite Ende geformt wird. Wie ein fertiger Kegel gemessen und beschrieben wird, steht in einem eigenen Beitrag.

Welche Regel gilt für die Biegungen?

Die Regel von Bosch ist kurz: „Alle Hochdruckleitungen werden so verlegt, dass scharfe Biegungen vermieden werden. Der Biegeradius sollte nicht kleiner als 50 mm sein.“ Die Biegungen, fügt das Buch hinzu, gleichen die unterschiedlichen Abstände zwischen den Ausgängen von Pumpe oder Rail und den Zylindern aus; so kann jeder Zylinder über eine Leitung gleicher Länge versorgt werden.

Welche Leitungen werden autofrettiert?

Die Autofrettage, also das Vorspannen einer Leitung mit Innendruck, wird nicht bei jeder Leitung angewendet. Bosch spricht von „vorgespannten Hochdruckleitungen“, die besonders hohe Anforderungen erfüllen, „für Anwendungen ab 1.400 bar“, und beschreibt die Behandlung:

„Vor dem Einbau am Motor werden diese speziell ausgelegten Leitungen extrem hohen Drücken (bis zu 3.800 bar) ausgesetzt. Dann wird der Druck schlagartig abgebaut. Dabei wird der Werkstoff an den Innenwänden der Leitungen verdichtet, was die innere Festigkeit erhöht.“

Bosch, Diesel Engine Management, S. 170

Warum wird eine Leitung beschichtet und gereinigt?

Die Beschichtung außen schützt vor Rost, und die Reinigung hält Partikel aus dem Einspritzsystem fern. Benteler schreibt auf seiner Seite zur Rohrbearbeitung, dass das Unternehmen die Außenseite seiner Rohre verzinkt und nach einer Chrom(VI)-freien Beschichtung zusätzlich eine Versiegelung oder eine organische Deckschicht aufbringen kann; das dient dem Korrosionsschutz.

Den Grund für die Sauberkeit nennt Bosch dort, wo das Buch die Hochdruckkomponenten des Common-Rail-Systems beschreibt: Mit steigender Leistung musste die Bearbeitung äußerst präzise werden, mit immer engeren Toleranzen und Passungen. Bosch nennt bei der Erklärung des Kraftstofffilters die Folge: Partikel verursachen vorzeitigen Verschleiß an den hochpräzisen Einspritzkomponenten.

Zu dem, was die Fertigung selbst zurücklässt, wird das Buch deutlicher: „Partikelrückstände aus dem Fertigungsprozess können zu erhöhtem Verschleiß oder sogar zum Totalausfall der Baugruppe führen.“ Die zulässige Partikelgröße, fügt es hinzu, wird immer weiter verringert, und die Sauberkeit der Bauteile wird während der Fertigung durch Bildanalyse am Lichtmikroskop gemessen.

Dieselbe Überlegung gilt auch in der Werkstatt. In den Händler-Serviceanweisungen für Fahrzeuge mit einem 6,7-Liter-Dieselmotor, überarbeitet im Juni 2024, weist FCA US darauf hin, dass Injektoren, Hochdruck-Kraftstoffleitungen und die Einspritzpumpe mit sehr engen Toleranzen gefertigt sind und dass Schmutz raschen Verschleiß verursachen und die Düsenbohrungen der Injektoren verstopfen kann.

Was bedeutet das für den Einbau einer neuen Leitung?

Daraus folgen vier Dinge.

1. Verschließen Sie jedes offene Ende. Dieselben Anweisungen von FCA US verlangen, nach dem Ausbau jedes offene Teil zu verschließen oder abzudecken und vor dem Zusammenbau jedes Teil auf Schmutz und Fett zu prüfen und es bei Bedarf zu reinigen.
2. Kürzen Sie eine Leitung nicht, und biegen Sie sie nicht zurecht, damit sie reicht. Die Regel von Bosch: „Leitungen mit anderen Abmessungen sollten bei Wartung und Reparatur niemals eingebaut werden.“
3. Sehen Sie sich die Bohrung des Kegels an. Nach der Regel von Bosch behindert eine verengte Öffnung den Kraftstofffluss.
4. Bestellen Sie nach Teilenummer oder nach vollständigen Maßen. Bosch weist darauf hin, dass Länge, Durchmesser und Wandstärke alle die Einspritzung beeinflussen und dass die vorgeschriebenen Abmessungen strikt einzuhalten sind.