-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere ein Servo-Ventil,
für einen Kraftstoff-Injektor gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Kraftstoff-Injektor gemäß Anspruch
10 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetventils gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 11.
-
Aus
der
DE 10 2004
013 239 A1 ist ein als Servo-Ventil (Steuerventil) ausgebildetes
Magnetventil für einen Kraftstoff-Injektor bekannt. Mithilfe des
Magnetventils wird der Kraftstoffdruck in einer Steuerkammer des
Kraftstoff-Injektors gesteuert. Über den Kraftstoffdruck
in der Steuerkammer wird wiederum eine Hubbewegung eines Einspritzventilelementes
gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Kraftstoff-Injektors
geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst
einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes
und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung
beaufschlagtes Steuerventilelement, das mit dem Ventilsitz des Magnetventils
zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.
Die Krafterzeugung erfolgt über das Luftspaltfeld eines
Topfmagneten, dessen Magnetfeld sich über einen Innenpol,
ein Joch, einen Außenpol, die zusammen einen Magnetkern
bilden, weiter über einen außenpolseitigen Luftspalt,
eine bewegliche Ankerplatte und einen innenpolseitigen Luftspalt um
eine stromdurchflossene Wicklung (Spule) schließt. Bei
den bekannten Magnetventilen wird der Hubanschlag für den
Magnetanker unmittelbar vom Magnetkern gebildet. Aufgrund einer
großflächigen Anlage des Magnetankers am Magnetkern
in der Öffnungsstellung des Magnetventils kann es zu einem hydraulischen
Kleben des Magnetankers am Magnetkern kommen.
-
Zur
Reduzierung des hydraulischen Klebens ist es bekannt, zwischen dem
Magnetkern und dem Magnetanker eine amagnetische Scheibe anzuordnen.
In einer derartigen Ausführungsform kann es zum Haften
der Scheibe am Magnetanker und/oder am Magnetkern kommen, wobei
die Ausprägung des Haftens die Wiederbefüllung
des Spaltes zwischen der Ankerplatte und dem Magnetkern und damit
den Schließvorgang des Magnetventils beeinflusst. Die Folge
ist eine veränderliche Ventildynamik beim Schließvorgang
von Ansteuerung zu Ansteuerung und/oder von Kraftstoff-Injektor
zu Kraftstoff-Injektor und/oder über die Lebensdauer des
Kraftstoff-Injektors.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise den Effekt
des hydraulischen Aneinanderklebens zweier in Öffnungsstellung
des Magnetventils aneinander anliegender Anschlagelemente zu reduzieren.
Ferner besteht die Aufgabe darin, einen Kraftstoff-Injektor mit
einem entsprechend optimierten Magnetventil vorzuschlagen. Darüber
hinaus besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Herstellen eines
im Hinblick auf ein minimiertes hydraulisches Kleben optimiertes
Magnetventil vorzuschlagen.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Magnetventils mit den Merkmalen des
Anspruchs 1, hinsichtlich des Kraftstoff-Injektors mit den Merkmalen
des Anspruchs 10 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit
den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In
den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen
aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch
als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale
als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar
sein.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zumindest eines der Anschlagelemente
mit einer, insbesondere großflächigen, Oberflächenstruktur
zu versehen, die derart ausgebildet ist, dass die Anschlagfläche,
mit der das Anschlagelement an einem weiteren Anschlagelement bei
geöffnetem Magnetventil anliegt und am Ende des Öffnungsvorgangs anschlägt,
minimiert ist. Anders ausgedrückt weist ein nach dem Konzept
der Erfindung ausgebildetes Magnetventil mindestens ein Anschlagelement
auf, dessen dem mindestens einen weiteren Anschlagelement zugewandte
Oberfläche derart strukturiert ist, dass die resultierende
Anschlagfläche, mit der sich das Anschlagelement bei geöffnetem
Magnetventil an dem mindestens einen weiteren Anschlagelement abstützt,
gegenüber einem Anschlagelement ohne Oberflächenstruktur
reduziert ist. Anders ausgedrückt besteht die Lösung
der Aufgabe darin, den Traganteil des Anschlagelementes durch das
Vorsehen einer, insbesondere als erhöhte Rauheit, ausgebildeten
Oberflächenstruktur zu minimieren. Bevorzugt weist die
Oberflächenstruktur eine Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen,
also im Vergleich zu einer glatt geschliffenen Oberfläche
eine (wesentlich) erhöhte Rauigkeit auf, wobei sich das
Anschlagelement bevorzugt lediglich mit der von den Erhebungen gebildeten
Anschlagfläche an dem weiteren Anschlagelement abstützt.
Besonders bevorzugt ist die Oberflächenstruktur so gewählt,
dass die Anschlagfläche im Vergleich zu einer ansonsten
identischen Anschlagfläche ohne Oberflächenstruktur
um mindestens 50%, vorzugsweise um mindestens 60%, besonders bevorzugt
um mindestens 70% reduziert ist. Durch das Vorsehen einer die Anschlagfläche
reduzierenden Oberflächenstruktur wird der Effekt des hydraulischen
Klebens reduziert, was sich positiv auf die Dynamik der Schaltvorgänge
und damit auf das Einspritzverhalten eines mit einem nach dem Konzept
der Erfindung ausgebildeten Magnetventil ausgestatteten Kraftstoff-Injektor
auswirkt. Insbesondere löst sich der Magnetanker beim Schließen
leichter von seinem Anschlag und das Schließen erfolgt schneller
und deutlich besser reproduzierbar.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das die die
Anschlagfläche reduzierende Oberflächenstruktur
aufweisende Anschlagelement ein relativ zu einem Magnetkern verstellbarer Magnetanker
ist. Bevorzugt umfasst der Magnetanker dabei eine Ankerscheibe (Ankerscheibenabschnitt),
die entweder einteilig mit einem Steuerventilelement ausgebildet
oder mit diesem fest verbunden ist. Bevorzugt befindet sich die
Oberflächenstruktur des Magnetankers zumindest in sämtlichen
Oberflächenbereichen, die bei geöffnetem Magnetventil
an dem weiteren Anschlagelement anliegen, sodass die tatsächliche
Anschlagfläche gegenüber einer glatt geschliffenen
Anschlagfläche maximal reduziert ist.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der eines der Anschlagelemente,
vorzugsweise ein mit dem oberflächenstrukturierten Magnetanker
zusammenwirkendes Anschlagelement, von einer amagnetischen Scheibe
gebildet ist, die in einem Bereich axial zwischen dem Magnetkern
und dem Magnetanker angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ
kann ein Anschlagelement unmittelbar von dem Magnetkern gebildet
sein. Dabei ist eine Ausführungsform realisierbar, bei
der die amagnetische Scheibe und/oder der Magnetkern mit einer die
Anschlagfläche reduzierenden Oberflächenstruktur
versehen sind/ist. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn eine
derartige Oberflächenstruktur ausschließlich am
Magnetanker ausgebildet ist.
-
Im
Hinblick auf die Herstellung der die Anschlagfläche reduzierenden
Oberflächenstruktur gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
Die Oberflächenstruktur kann beispielsweise vollständig
oder nur abschnittsweise durch Bestrahlen mit Partikeln realisiert
werden, wodurch die Anschlagfläche bevorzugt ausschließlich
von den resultierenden Erhebungen gebildet wird. Als Partikel können
Sand und/oder Kugelpartikel eingesetzt werden. Bevorzugt wird die
mit einer Oberflächenstruktur zu versehende Anschlagelement-Oberfläche
vor dem Strukturieren zunächst geschliffen. Besonders bevorzugt
ist es, wenn das zum Einsatz kommende Strahlgut und die Bestrahlungsparameter,
insbesondere die Aufprallgeschwindigkeit des Strahlgutes so gewählt
wird, dass durch das Bestrahlen lediglich eine plastische Verformung, nicht
jedoch ein Materialabzug resultiert.
-
Zusätzlich
oder bevorzugt alternativ zu einer Bestrahlung des Anschlagelementes
zur Herstellung der Oberflächenstruktur ist es möglich,
die Oberflächenstruktur vollständig oder nur abschnittsweise durch
die Realisierung einer Prägung, insbesondere mit einem
Prägestempel, zu strukturieren. Dabei ist es besonders
bevorzugt, wenn die Prägung eine Art Netz- oder Gitterstruktur
aufweist. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Prägung
nicht als letzten Fertigungsschritt bei der Herstellung des Anschlagelementes,
insbesondere des Magnetankers, einzubringen, sondern in einem im
Vergleich zum fertigen (gehärteten) Zustand des Anschlagelementes weichen
Zustand, also vor einem abschließenden Härtungsschritt.
Die Prägung sollte eine so große Tiefenerstreckung
aufweisen, dass sie zumindest teilweise auch nach einer nachfolgenden
Wärmebehandlung und einem Hartbearbeitungsprozess, wie beispielsweise
Schleifen, erhalten bleibt.
-
Zusätzlich
oder alternativ zu den vorgenannten Möglichkeiten zur Einbringung
der Oberflächenstruktur ist die Oberflächenstruktur
vollständig oder abschnittsweise durch Erodieren mit einer,
insbesondere entsprechend rau gestalteten, Elektrode strukturierbar.
-
Eine
weitere Variante besteht darin, die Oberfläche des Anschlagelementes
chemisch anzuätzen, um somit die benötigte Rauigkeit
zu erzeugen.
-
Zusätzlich
oder alternativ zu den vorgenannten Möglichkeiten ist eine
Ausführungsform realisierbar, bei der die Oberflächenstruktur
mit Hilfe einer Laser-Materialbearbeitung erzeugt wird, bei der,
insbesondere kleine, Vertiefungen in das Anschlagelement eingebracht
(eingebrannt) werden.
-
Eine
weitere, zusätzlich oder alternativ realisierbare, Möglichkeit
zur Einbringung der gewünschten Oberflächenstruktur
besteht darin, einen, insbesondere abschließenden, Schleifprozess
derart zu gestalten, dass Schleifriefen in unterschiedlicher Ausrichtung
entstehen, wobei sich die Schleifriefen bevorzugt überkreuzen
(Kreuzschliff).
-
Die
Erfindung führt auch auf einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere
einen Common-Rail-Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen
Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Kraftstoff-Injektor zeichnet
sich durch das Vorsehen eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten,
zuvor beschriebenen Magnetventils aus. Dabei handelt es sich bei
dem Magnetventil bevorzugt um ein Servo-Ventil (Steuerventil), mit
dem das Einspritzventilelement nicht direkt angesteuert wird, sondern
mit dem der Kraftstoffdruck in einem von einem Einspritzventilelement
begrenzten Steuerraum steuerbar ist.
-
Darüber
hinaus führt die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Magnetventils für einen Kraftstoff-Injektor. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass mindestens eines der Anschlagelemente des Magnetventils
mit einer die Anlagefläche reduzierenden Oberflächenstruktur
versehen wird.
-
Im
Falle der zumindest teilweisen Ausbildung der Oberflächenstruktur
als, insbesondere großflächige, insbesondere netz-
oder gitterartigen, Prägung ist es bevorzugt, diese nicht
als abschließenden Arbeitsschritt, sondern in einem vergleichbar weichen
Zustand des Anschlagelementes einzubringen, derart, dass sie bevorzugt
nach einer nachfolgenden Wärmebehandlung und einem Hartbearbeitungsprozess,
wie beispielsweise Schleifen, zumindest teilweise erhalten bleibt.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen:
-
1:
in einer unvollständigen, schematischen Darstellung den
grundsätzlichen Aufbau einer möglichen Ausführungsform
eines Magnetventils, bei der ein Anschlagelement als Magnetanker
und ein weiteres Anschlagelement als amagnetische Scheibe ausgebildet
ist.
-
Ausführungsform der
Erfindung
-
In
1 ist
ein als Steuerventil ausgebildetes Magnetventil
1 für
einen ansonsten nicht weiter dargestellten, an sich bekannten, Kraftstoff-Injektor gezeigt.
Der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Kraftstoff-Injektor
ergibt sich beispielsweise aus der
DE 10 2004 013 239 A1 ,
die hiermit in Bezug auf eine mögliche Ausbildung des Kraftstoff-Injektors
als zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehörig
offenbart gelten soll.
-
Das
Magnetventil 1 umfasst ein axial verstellbares, als Magnetanker
ausgebildetes, erstes Anschlagelement 2 mit ei ner sich
radial erstreckenden, ringförmigen Ankerplatte 3.
Zentrisch an dem als Magnetanker ausgebildete Anschlagelement 2 ist
ein nicht gezeigtes, insbesondere bolzenförmiges oder hülsenförmiges,
Steuerventilelement, beispielsweise durch Verschweißung,
festlegbar. Alternativ ist eine Ausführungsform realisierbar,
bei der das als Magnetanker ausgebildete Anschlagelement 2 einstückig mit
einem Steuerventilelement ausgebildet ist. Durch axiales Verstellen
des Anschlagelementes 2 relativ zu einem Magnetkern 4 kann
das nicht gezeigte Steuerventilelement zwischen einer Öffnungsstellung
und einer Schließstellung verstellt werden, in der das
Steuerventilelement an seinem Steuerventilsitz anliegt.
-
Zum
axialen Verstellen des als Magnetanker ausgebildeten Anschlagelementes 2 ist
ein als Topfmagnet ausgebildeter Elektromagnet 5 vorgesehen, umfassend
einen radial inneren Innenpol 6 sowie einen radial beabstandeten,
radial äußeren Außenpol 7, wobei
Innenpol 6 und Außenpol 7 über
einen Jochabschnitt 8 miteinander verbunden sind. Innenpol 6, Jochabschnitt 8 und
Außenpol 7 bilden zusammen den Magnetkern 4 des
Magnetventils 1. In einer umlaufenden, nutförmigen
in der Zeichnungsebene nach unten offenen Aussparung 9 im
Magnetkern 4 ist eine elektrische Magnetspule 10 aufgenommen. Bei
Bestromung der Magnetspule 10 wird ein magnetisches Feld
erzeugt, welches sich über den Innenpol 6, den
Jochabschnitt 8 und den Außenpol 7 über
einen außenpolseitigen Restluftspalt S, das axial verstellbare,
als Magnetanker ausgebildete Anschlagelement 2 und ein
zwischen Innenpol 6 und Anschlagelement 2 angeordnetes,
als flache Scheibe ausgebildetes Anschlagelement 11 aus
einem amagnetischen Material um die stromdurchflossene Magnetspule 10 (Wicklung)
schließt. Bei Bestromung der Magnetspule 10 wird
das als Magnetanker ausgebildete Anschlagelement 2 in die gezeigte,
in der Zeichnungsebene obere, Öffnungsposition verstellt.
In dieser liegt das als Magnetanker ausgebildet Anschlagelement 2 mit
seiner in der Zeichnungsebene oberen, ringflächigen Oberfläche
am als Scheibe ausgebildeten Anschlagelement 11 an, welches
sich in axialer Richtung wiederum flächig am Innenpol 6 abstützt.
-
Zur
Minimierung der magnetischen Haftung und des hydraulischen Klebens
ist die dem Magnetkern 4 bzw. den als Scheibe ausgebildeten
Anschlagelement 11 zugewandte Oberseite 12 mit
einer großflächigen Oberflächenstruktur 13 versehen,
die derart ausgebildet ist, dass sie die wirksame Anschlagfläche,
mit dem das Anschlagelement 2 an dem als Scheibe ausgebildeten
Anschlagelement 11 anliegt, bzw. am Ende der Öffnung
bevorzugt anschlägt deutlich im Vergleich zu einer unstrukturierten
Oberseite 12 reduziert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Oberflächenstruktur durch Kugelbestrahlen hergestellt,
sodass die Oberflächenstruktur eine Vielzahl von Erhebungen
und Vertiefungen aufweist und die eigentliche wirksame Anschlagfläche
nur von den Erhebungen auf der Oberseite 12 der Ankerplatte 3 bzw.
des als Magnetanker ausgebildeten Anschlagelementes 2 gebildet
wird. Das als Magnetanker ausgebildete Anschlagelement 2 stützt sich
mit seiner Oberflächenstruktur 13 bzw. mit den Erhebungen
der Oberflächenstruktur 13 an einer glatt geschliffenen,
der Oberseite 12 zugewandten Unterseite 14 des
als Scheibe ausgebildeten Anschlagelementes 11 in der Öffnungsstellung
des Magnetventils 1 ab. Da die Haftung zwischen dem als Magnetanker
ausgebildeten Anschlagelement 2 und dem als Scheibe ausgebildeten
weiteren Anschlagelement 11 aufgrund der Oberflächenstruktur 13 geringer
ist, als die Haftung des als Scheibe ausgebildeten Anschlagelementes 11 am
Magnetkern 4, löst sich das als Magnetanker ausgebil dete
Anschlagelement 2 beim Schließen des Magnetventils 1 leicht
von dem als Scheibe ausgebildeten Anschlagelement 11, welches
am Magnetkern „kleben” bleibt. Es wird also ein definiertes
Schließverhalten realisiert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004013239
A1 [0002, 0020]