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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einem Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Solche Verfahren bzw. Bauteile sind allgemein bekannt. Magnetventile und insbesondere Brennstoffeinspritzventile aus dem Stand der Technik weisen einen dreiteiligen Aufbau eines inneren metallenen Gehäusebauteils auf. Dieses Gehäusebauteil weist einen Innenpol, einen nichtmagnetischen Zwischenteil und einen einen Ventilsitz aufnehmenden magnetisch leitenden Ventilsitzträger auf.
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Der nichtmagnetische Innenteil hat die Aufgabe, die Magnetkraft des Magnetventils zu verbessern.
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Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2005 037 951 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Ventilgehäuse für ein elektromagnetisches Ventil hergestellt wird.
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Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Ventilgehäusen sind vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv. Diese Nachteile werden von dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Bauteil gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Bauteil eines Magnetventils herstellbar ist. Durch die einfache Herstellung ist es möglich, den Fertigungsprozess besonders prozesssicher und taktzeitreduziert zu gestalten. Weiterhin sind durch die einfache Herstellung die Herstellungskosten vergleichsweise gering. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass eine hohe Flexibilität in der Ausgestaltung der Geometrie des Bauteils selbst, wie z. B. bei der Länge oder dem Außendurchmesser, durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht wird. Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dünnwandige Bauteile einfach und kostengünstig herzustellen.
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Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass in einem ersten Schritt ein Rohling aus mindestens drei Rohlingteilen zusammengesetzt wird und in einem zweiten Schritt der Rohling durch ein Umformverfahren in das Bauteil umgeformt wird. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorteilhaft zwei einfache Verfahren wie erstens das Zusammensetzen von den Rohlingteilen zum Rohling und zweitens das Umformverfahren des Rohlings in das Bauteil miteinander kombiniert, sodass das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls einfach durchzuführen ist. Die drei Rohlingteile weisen bevorzugt jeweils einen unterschiedlichen Werkstoff auf. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Bauteil auf einfache Art und Weise aus unterschiedlichen Werkstoffen herstellbar ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist darüberhinaus vorteilhaft ein vergleichsweiser schmaler Übergangsbereich, d. h. ein vergleichsweise räumlich gering ausgedehnter Übergangsbereich zwischen benachbarten Werkstoffen erreichbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rohling aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Rohlingteil gefertigt wird, wobei das erste Rohlingteil und das dritte Rohlingteil einen ersten Werkstoff, bevorzugt einen magnetischen Werkstoff, aufweisen und wobei das zweite Rohlingteil einen zweiten Werkstoff, bevorzugt einen unmagnetischen Werkstoff, aufweist. Bevorzugt sind die Rohlingteile in axialer Richtung bezüglich des Bauteils hintereinander angeordnet. Weiter bevorzugt weist das Bauteil ein Gehäuse eines Magnetventils, bevorzugt weist das Bauteil ein Gehäuse eines Brennstoffeinspritzventils auf. Bevorzugt weist der erste Rohlingteil einen Ventilsitzträger auf, weiter bevorzugt weist der zweite Rohlingteil einen Zwischenteil (im Folgenden auch magnetische Trennung genannt) auf, weiter bevorzugt weist der dritte Rohlingteil einen Einlassbereich auf. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Gehäuse auf einfache Art und Weise herstellbar ist. Weiterhin wird vorteilhaft erreicht, dass die Herstellungskosten reduzierbar sind. Durch die schmalen Übergangsbereiche zwischen dem unmagnetischen Zwischenteil und dem magnetischen Ventilsitzträger bzw. zwischen dem unmagnetischen Zwischenteil und dem magnetischen Einlassbereich ist eine optimale magnetische Kraft des Magnetventils erreichbar.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Schritt die mindestens drei Rohlingteile durch Verschweißen oder Verpressen oder Zusammenstecken oder Aufeinanderstapeln zusammengesetzt werden. Durch das Zusammensetzen mittels einfacher und bekannter Fertigungsverfahren wie Verschweißen, Verpressen oder Zusammenstecken ist eine einfache und dadurch kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Schritt die mindestens drei Rohlingteile durch Widerstandsschweißen zusammengesetzt werden. Durch das Zusammensetzen mittels Widerstandsschweißen ist eine einfache und dadurch kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Bevorzugt wird beim Widerstandsschweißen eine Elektrode aus einer Kupfer-Chrom-Legierung, einer Kupfer-Zirconium-Legierung oder einer Kupfer-Nickel-Legierung verwendet. Weiter bevorzugt wird als Werkstoff ein Stahlmaterial mit Chrombestandteil verwendet.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im zweiten Schritt der Rohling durch ein Massivumformverfahren, bevorzugt durch ein Pressverfahren, in das Bauteil umgeformt wird. Durch das Umformen mittels einfacher und bekannter Massivumformverfahren ist eine einfache und dadurch kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Bevorzugt wird ein 2-Stoff-Umformverfahren angewendet.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bauteil eines Magnetventils, wobei das Bauteil einen umgeformten Rohling aufweist und wobei der Rohling aus mindestens drei Rohlingteilen zusammengesetzt ist. Das erfindungsgemäße Bauteil hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Bauteil eines Magnetventils herstellbar ist. Durch die einfache Herstellung ist es möglich, den Fertigungsprozess besonders prozesssicher und taktzeitreduziert zu gestalten. Weiterhin sind durch die einfache Herstellung die Herstellungskosten vergleichsweise gering. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass eine hohe Flexibilität in der Ausgestaltung der Geometrie des Bauteils selbst, wie z. B. bei der Länge oder dem Außendurchmesser, durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht wird. Die drei Rohlingteile weisen bevorzugt jeweils einen unterschiedlichen Werkstoff auf. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Bauteil auf einfache Art und Weise aus unterschiedlichen Werkstoffen herstellbar ist. Beim erfindungsgemäßen Bauteil ist darüberhinaus vorteilhaft ein vergleichsweiser schmaler Übergangsbereich, d. h. ein vergleichsweise räumlich gering ausgedehnter Übergangsbereich zwischen benachbarten Werkstoffen erreichbar.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rohling aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Rohlingteil gefertigt ist, wobei das erste Rohlingteil und das dritte Rohlingteil ein erstes Material, bevorzugt ein magnetisches Material, aufweist und wobei das zweite Rohlingteil ein zweites Material, bevorzugt ein unmagnetisches Material, aufweist.
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Bevorzugt sind die Rohlingteile in axialer Richtung bezüglich des Bauteils hintereinander angeordnet. Weiter bevorzugt weist das Bauteil ein Gehäuse eines Magnetventils, bevorzugt weist das Bauteil ein Gehäuse eines Brennstoffeinspritzventils auf. Bevorzugt weist der erste Rohlingteil einen Ventilsitzträger auf, weiter bevorzugt weist der zweite Rohlingteil einen Zwischenteil (im Folgenden auch magnetische Trennung genannt) auf, weiter bevorzugt weist der dritte Rohlingteil einen Einlassbereich auf. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Gehäuse auf einfache Art und Weise herstellbar ist. Weiterhin wird vorteilhaft erreicht, dass die Herstellungskosten reduzierbar sind. Durch die schmalen Übergangsbereiche zwischen dem unmagnetischen Zwischenteil und dem magnetischen Ventilsitzträger bzw. zwischen dem unmagnetischen Zwischenteil und dem magnetischen Einlassbereich ist eine optimale magnetische Kraft des Magnetventils erreichbar.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mindestens drei Rohlingteile durch Verschweißen oder Verpressen oder Zusammenstecken zusammengesetzt sind. Durch das Zusammensetzen mittels einfacher und bekannter Fertigungsverfahren wie Verschweißen, Verpressen oder Zusammenstecken ist eine einfache und dadurch kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils möglich.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mindestens drei Rohlingteile durch Widerstandsschweißen zusammengesetzt sind. Durch das Zusammensetzen mittels Widerstandsschweißen ist eine einfache und dadurch kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Bevorzugt wird beim Widerstandsschweißen eine Elektrode aus einer Kupfer-Chrom-Legierung, einer Kupfer-Zirconium-Legierung oder einer Kupfer-Nickel-Legierung verwendet. Weiter bevorzugt wird als Werkstoff ein Stahlmaterial mit Chrombestandteil verwendet.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rohling durch ein Massivumformverfahren, bevorzugt durch ein Pressverfahren, in das Bauteil umgeformt ist. Durch das Umformen mittels einfacher und bekannter Massivumformverfahren ist eine einfache und dadurch kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils möglich.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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2 schematisch eine Werkzeuganordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauteils 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bauteil 100 ist im Folgenden beispielhaft das Gehäuse 100 eines Magnetventils insbesondere eines Brennstoffeinspritzventils. Das Gehäuse 100 ist rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse 106 angeordnet. Das Gehäuse 100 weist einen rohrförmigen Einlassbereich 101 mit einem magnetischen Magnetkern 102, einen unmagnetischen rohrförmigen Zwischenteil 103 und einen magnetischen rohrförmigen Ventilsitzträger 104 auf. Der Einlassbereich 101, durch den beispielsweise der einzuspritzende Kraftstoff in Fließrichtung 107 (die Fließrichtung 107 wird im Folgenden auch flußabwärtige Richtung oder flussabwärts genannt) in das Gehäuse 100 hineinfließt, mit dem als Innenpol dienenden Magnetkern 102 weist beispielsweise über seine gesamte Länge einen konstanten Außendurchmesser auf. In Fließrichtung 107 hinter dem Einlassbereich 101 weist das Gehäuse 100 den Zwischenteil 103 auf, der im Folgenden auch magnetische Trennung 103 genannt wird. Die magnetische Trennung 103 ist fest mit dem Einlassbereich 101 bzw. mit dem Magnetkern 102 verbunden. Die magnetische Trennung 103 umgibt den Magnetkern 102 teilweise axial. In Fließrichtung 107 hinter der magnetischen Trennung weist das Gehäuse 100 den Ventilsitzträger 104 mit einem Flansch 105 auf. Die magnetische Trennung 103 ist mit dem Ventilsitzträger 104 fest verbunden. Der Einlassbereich 101 und der Ventilsitzträger 104 weisen einen magnetischen, insbesondere einen ferritischen Werkstoff auf. Die magnetische Trennung 103 weist einen unmagnetischen, insbesondere einen austenitischen Werkstoff auf. In dem Ventilsitzträger 104 ist eine axial bewegbare Ventilnadel mit einem Ventilschließkörper angeordnet, wobei die Ventilnadel aus Gründen der einfacheren Darstellung nicht abgebildet ist.
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Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel und damit zum Öffnen der Ventilaustrittsöffnung (im Folgenden aus Gründen der einfacheren Darstellung nicht abgebildet) dient der elektromagnetische Kreis mit einer Magnetspule, die in radialer Richtung um den Magnetkern 102 gewickelt ist (im Folgenden aus Gründen der einfacheren Darstellung nicht abgebildet), mit dem Magnetkern 102 und einem Magnetanker (im Folgenden aus Gründen der einfacheren Darstellung nicht abgebildet), der an der Ventilnadel angeordnet ist.
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Beim erfindungsgemäßen Bauteil 100 ist vorteilhaft ein vergleichsweiser schmaler Übergangsbereich, d. h. ein vergleichsweise räumlich gering ausgedehnter Übergangsbereich zwischen benachbarten Werkstoffen erreichbar. Insbesondere wird ein vergleichsweise räumlich gering ausgedehnter Übergangsbereich zwischen dem magnetischen Werkstoff des Ventilsitzträger 104 und des Einlassbereiches bzw. des Magnetkern 102s und dem unmagnetischen Werkstoff der magnetischen Trennung erreicht. Durch diesen räumlich gering ausgedehnten Übergangsbereich sorgt die magnetische Trennung 103 für eine optimale Krafterzeugung bei der Betätigung des Magnetventils.
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In 2 ist schematisch eine Werkzeuganordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise das erfindungsgemäße Gehäuse 100 aus 1 herstellbar. Bei diesem Verfahren werden in einem ersten Schritt ein erster, ein zweiter und ein dritter Rohlingteil 204, 205, 206 zusammengesetzt. Dieses Zusammensetzen erfolgt beispielsweise mittels Verschweißen beispielsweise durch Widerstandsschweißen der Rohlingteile. Bei den Rohlingteilen handelt es sich beispielsweise um quaderförmige Körper, die in Verpressrichtung 200 (die Verpressrichtung 200 ist diejenige Richtung, in die beim Verpressen im zweiten Schritt des Verfahrens der Stempel 201 bzw. der Verpressstempel 201 auf den Rohling 209 drückt) hintereinander angeordnet werden. An den Kontaktflächen zwischen jeweils zwei Rohlingteilen werden die Rohlingteile miteinander verschweißt oder verklebt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Rohlingteile formschlüssig miteinander verbunden werden und nur ineinandergesteckt werden. So könnte beispielsweise ein Rohlingteil ringförmig ausgebildet sein und auf ein weiteres Rohlingteil formschlüssig aufgesteckt sein.
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Die Rohlingteile sind in Verpressrichtung 200 hintereinander derart angeordnet, dass – vom Stempel 201 aus gesehen – zunächst das erste Rohlingteil 204 angeordnet ist. Dieses erste Rohlingteil 204 weist ein magnetisches Material (im Folgenden auch Werkstoff genannt) auf, wobei es sich bei diesem magnetischen Material beispielsweise um ein ferritisches Material handelt kann. Bei Ferrit handelt es sich beispielsweise um ein Stahlmaterial insbesondere ein Chrom-Nickelstahl oder um eine Eisen-Nickellegierung oder um eine Eisen-Chromlegierung.
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In Verpressrichtung 200 vom Stempel 201 aus gesehen hinter dem ersten Rohlingteil 204 ist das zweite Rohlingteil 205 angeordnet. Das zweite Rohlingteil 205 weist ein unmagnetisches Material wie beispielsweise ein austenitisches Material auf. Bei diesem austenitischen Material kann es sich beispielsweise um eine Stahl-Nickellegierung oder um eine Stahl-Kobaltlegierung oder um eine Stahl-Manganlegierung handeln. Insbesondere handelt e sich bei diesem unmagnetischen Material um den austenitischen Werkstoff 1.4301. Das zweite Rohlingteil 205 wird an der Kontaktfläche mit dem ersten Rohlingteil 204 verschweißt beispielsweise mittels eines Widerstandsschweißverfahrens mit einer Kupfer-Nickel-Elektrode. Alternativ ist das zweite Rohlingteil 205 ringförmig ausgebildet und wird auf das erste Rohlingteil 204 formschlüssig aufgesteckt, sodass eine Schweißverbindung nicht notwendig ist.
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In Verpressrichtung 200 vom Stempel 201 aus gesehen hinter dem zweiten Rohlingteil 205 ist das dritte Rohlingteil 206 angeordnet. Das dritte Rohlingteil 206 weist ein magnetisches Material auf, wobei es sich bei diesem magnetischen Material beispielsweise um ein ferritisches Material handelt kann. Bevorzugt handelt es sich bei den magnetischen Materialien des ersten und des dritten Rohlingteils um dasselbe magnetische Material. Das dritte Rohlingteil 206 wird an der Kontaktfläche mit dem zweiten Rohlingteil 205 verschweißt.
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Ein Stempel 201 und insbesondere die keilförmige Spitze 202 des Stempels 201 verpresst die Rohlingteile gegen eine Gesenkstufe 207 des Gesenks 203 und gegen eine Gesenkschräge 208 des Gesenks 203 derart miteinander, dass durch dieses Verpressen ein Kaltverschweißen stattfindet, welches insbesondere durch die Druckbelastung sowie durch die Scherung infolge des keilförmigen Stempels 201 erfolgt. Nach der erfolgten Massivumformung muss die magnetische Trennung 103 aus dem unmagnetischen Material an der korrekten Stelle zu liegen kommen. Das so erzeugte Bauteil 100 (im Folgenden auch Umformteil genannt) wird anschließend beispielsweise zerspant bzw. anderweitig bearbeitet, um das gewünschte Gehäuse 100 aus dem Bauteil 100 zu erhalten. Vorteilhaft wird ein möglichst konturnahes (d. h. ähnlich der Endkontur des Gehäuses 100) Umformteil hergestellt, um die Nachbearbeitung möglichst einfach und dadurch kostengünstig zu realisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005037951 A1 [0004]
