DE102011078731A1

DE102011078731A1 - Einteiliges Ventilbauteil für ein Einspritzventil

Info

Publication number: DE102011078731A1
Application number: DE201110078731
Authority: DE
Inventors: Martin Maier; Matthias Schumacher; Nikolaus Hautmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein einteiliges Ventilbauteil für ein Einspritzventil, umfassend eine äußere Hülse (2) aus einem schweißbaren Material, insbesondere einem metallischen Material, und einen in der Hülse (2) angeordneten Ventileinsatz (3) mit einem Ventilsitz (30), wobei der Ventileinsatz (3) aus einem keramischen Material hergestellt ist, und wobei das einteilige Ventilbauteil als Zweikomponenten-Pulverspritzgussbauteil hergestellt ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein einteiliges Ventilbauteil für ein Einspritzventil, welches mehrere Funktionen übernehmen kann.
Einspritzventile für eine Benzin-Saugrohr-Einspritzung sind typischerweise als nach innen öffnende Magnetventile ausgebildet. Bei geöffnetem Einspritzventil wird dabei Kraftstoff beispielsweise unmittelbar am Einlassventil eingespritzt. Die bekannten Einspritzventile sind dabei aus einer Vielzahl von einzelnen Bauteilen zusammenmontiert und sind eigentlich sehr robust. Allerdings hat sich in jüngster Zeit die Zusammensetzung der Kraftstoffe zum Teil verändert, wobei insbesondere aggressive Medien in den Kraftstoffen enthalten sind. Beispiele sind dabei die Beimischung von Ethanol und/oder Methanol oder ein Kontakt mit zusätzlich eingespritzten Medien, wie beispielsweise Harnstoff aus DENOX-Systemen. Weiterhin gibt es in einigen Ländern auch starke Schwankungen in der Kraftstoffqualität, was zu gravierenden Auswirkungen an den Einspritzventilen führen kann. Aggressive Medien verursachen insbesondere im Bereich der Ventilspitze, an welcher üblicherweise eine Abdichtung an einem Ventilsitz erfolgt, sowie an Ausspritzöffnungen und/oder Spritzlochscheiben einen erhöhten Verschleiß. Hierdurch wird jedoch die Lebensdauer der Einspritzventile signifikant reduziert bzw. es kommt zu unkontrollierten Ausfällen derartiger Einspritzventile. Es wäre daher wünschenswert, Einspritzventile bereitzustellen, welche eine verbesserte Robustheit gegenüber aggressiven Medien aufweisen, jedoch insbesondere trotzdem einfach und kostengünstig herstellbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventilbauteil für ein Einspritzventil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es sehr robust gegenüber aggressiven Medien wie Ethanol, Methanol, Harnstoff usw. ist. Dadurch kann das erfindungsgemäße Ventilbauteil auch unter extremen Randbedingungen sicher betrieben werden. Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Verschleißfestigkeit im Bereich eines Dichtsitzes verbessert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein einteiliges Ventilbauteil eine Hülse aus einem schweißbaren Material und einen in der Hülse angeordneten Ventileinsatz mit einem Ventilsitz aus einem keramischen Material umfasst. Erfindungsgemäß sind dabei die äußere Hülse und der Ventileinsatz in einem einteiligen Bauteil integriert, wobei zwischen der Hülse und dem Ventileinsatz eine flächige, stoffschlüssige Verbindung vorliegt. Erfindungsgemäß ist das einteilige Ventilbauteil dabei als Zweikomponenten-Pulverspritzguss-Bauteil hergestellt. Hierdurch kann eine kostengünstige und insbesondere fluiddichte Herstellung des einteiligen Ventilbauteils erreicht werden. Durch die Verwendung eines schweißbaren Materials für die äußere Hülse kann eine Schweißbarkeit des Ventilbauteils an andere Ventilbauteile sichergestellt werden. Die Verwendung des keramischen Materials als Ventileinsatz erhöht dabei die Robustheit gegenüber den hindurchgeführten Medien. Das Zweikomponenten-Pulverspritzgussverfahren umfasst dabei einen Metallpulver-Spritzgussschritt (Metal Injection Molding (MIM)) und einen Keramik-Spritzgussschritt (Ceramic Injection Molding (CIM)). Das erfindungsgemäße einteilige Ventilbauteil hat weiterhin den Vorteil, dass Montagezeiten für ein Einspritzventil durch Integration mehrerer einzelner Bauteile in das einteilige Ventilbauteil reduziert werden können.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Für eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellbarkeit ist die aus schweißbarem Material hergestellte Hülse vorzugsweise eine gerade, zylindrische Hülse.
Weiter bevorzugt deckt der Ventileinsatz eine gesamte innere Mantelfläche der Hülse ab. Hierdurch wird verhindert, dass der Kraftstoff mit der äußeren Hülse in Kontakt kommt und Beschädigungen an der äußeren Hülse aufgrund eines aggressiven Mediums im Kraftstoff vorkommen.
Weiter bevorzugt umfasst der Ventileinsatz einen integral gebildeten Durchlass, durch welchen bei geöffnetem Ventil der Kraftstoff eingespritzt wird.
Um eine bessere Verteilung des Kraftstoffs zu erreichen, ist vorzugsweise im Durchlass eine Drallerzeugungsvorrichtung angeordnet, welche ebenfalls integral mit dem einteiligen Ventilbauteil gebildet ist. Die Drallerzeugungsvorrichtung kann beispielsweise durch Vorsehen von linienartigen Führungsvorsprüngen am Durchlass bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an einem Ende des Durchlasses eine Spritzlochscheibe angeordnet, welche ebenfalls in das einteilige Ventilbauteil integriert ist.
Die Spritzlochscheibe und/oder die Drallerzeugungsvorrichtung sind weiter bevorzugt ebenfalls aus keramischem Material, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Ventilsitz, hergestellt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Einspritzventil, umfassend ein erfindungsgemäßes einteiliges Ventilbauteil.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Ventilbauteils für Einspritzventile, wobei das Ventilbauteil mittels eines Zweikomponenten-Pulverspritzgussverfahrens hergestellt wird. Dabei werden als die beiden Komponenten einerseits ein schweißbares Material für eine äußere Hülse und andererseits ein keramisches Material für einen Ventileinsatz mit einem Ventilsitz verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei derart ausgeführt werden, dass erst ein Metallpulver-Spritzschritt (Metal Injection Molding (MIM)) und anschließend ein Keramikpuler-Spritzschritt (Ceramic Injection Molding (CIM)) ausgeführt wird. Die Reihenfolge kann dabei auch umgekehrt sein. Alternativ können die beiden Spritzschritte auch gleichzeitig ausgeführt werden.
Das Zweikomponenten-Pulverspritzgussverfahren kann dabei vorzugsweise unter Verwendung von Kernen und/oder Schiebern oder dgl. ausgeführt werden. Nach den Schritten des Spritzgießens kann dann eine chemische und/oder thermische Entbinderung sowie ein Sinterschritt ausgeführt werden. Somit wird erfindungsgemäß ein sehr einfaches und kostengünstig durchführbares Verfahren bereitgestellt, bei dem ein einteiliges Ventilbauteil mit einer äußeren Hülse aus einem metallischen, schweißbaren Material und einem keramischen Ventileinsatz, beispielsweise aus ZrO₂, hergestellt wird. Das metallische Material kann beispielsweise ein Stahlpulver sein.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Schnittansicht eines einteiligen Ventilbauteils gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein einteiliges Ventilbauteil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das einteilige Ventilbauteil 1 eine äußere, zylindrische Hülse 2 und einen in der Hülse angeordneten Ventileinsatz 3. Die Hülse 2 ist aus einem schweißbaren Material, beispielsweise einem Stahl, hergestellt und der Ventileinsatz 3 ist aus einem keramischen Material, z.B. ZrO₂, hergestellt.
Der Ventileinsatz 3 umfasst einen Ventilsitz 30, an welchem eine nicht gezeigte Ventilnadel abdichtet bzw. abhebt. Der Ventileinsatz 3 ist sich verjüngend ausgeführt und umfasst ferner einen im Wesentlichen zylindrischen Durchlass 31, durch welchen bei abgehobener Ventilnadel Kraftstoff hindurchströmt (Pfeil A). Weiterhin umfasst der Ventileinsatz 3 eine Drallerzeugungsvorrichtung 32, welche im Durchlass 31 angeordnet ist. Darüber hinaus ist am in Strömungsrichtung A liegenden Ende des Durchlasses 31 eine Spritzlochscheibe 33 vorgesehen. Dabei ist das einteilige Ventilbauteil mittels eines Zweikomponenten-Pulverspritzgussverfahrens hergestellt. Hierdurch ergibt sich zwischen der Hülse 2 und dem Ventileinsatz 3 eine flächenartige, d.h., entlang der inneren Umfangsfläche 2a der Hülse 2 bzw. der äußeren Umfangsfläche 3a des Ventileinsatzes 3, stoffschlüssige Verbindung, so dass ein einteiliges Ventilbauteil 1 herstellbar ist, welches eine fluiddichte Verbindung zwischen der Hülse 2 und dem Ventileinsatz 3 bereitstellt.
Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, ist der Ventileinsatz 3 dabei über die gesamte Länge der zylindrischen Hülse 2 in Axialrichtung X-X angeordnet. Hierdurch schützt der aus Keramik hergestellte Ventileinsatz 3 die metallische Hülse 2 vollständig vor dem Kraftstoff, so dass der Kraftstoff nicht mit der Hülse 2 in Kontakt kommt. Da das keramische Material sehr viel widerstandsfähiger gegenüber dem Kraftstoff und evtl. darin enthaltenen aggressiven Medien ist, kann das einteilige Ventilbauteil 1 eine besonders lange Lebensdauer und eine hohe Robustheit gegenüber Verschleiß aufweisen. Somit ist auch ein Einsatz unter erschwerten Bedingungen problemlos möglich. Dabei kann das einteilige Ventilbauteil 1 trotzdem sehr einfach und kostengünstig als Zweikomponenten-Pulverspritzgussbauteil hergestellt werden.

Claims

Einteiliges Ventilbauteil für ein Einspritzventil, umfassend: – eine äußere Hülse (2) aus einem schweißbaren Material, insbesondere einem metallischen Material, und einen in der Hülse (2) angeordneten Ventileinsatz (3) mit einem Ventilsitz (30), wobei der Ventileinsatz (3) aus einem keramischen Material hergestellt ist, und – wobei das einteilige Ventilbauteil als Zweikomponenten-Pulverspritzgussbauteil hergestellt ist.
Ventilbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) eine gerade, zylindrische Hülse ist.
Ventilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (3) in axialer Richtung (X-X) vollständig eine innere Mantelfläche (2a) der Hülse (2) abdeckt.
Ventilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (3) einen Durchlass (31) umfasst.
Ventilbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchlass (31) eine Drallerzeugungsvorrichtung (32) angeordnet ist.
Ventilbauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Durchlass (31) eine Spritzlochscheibe (33) angeordnet ist.
Ventilbauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugungsvorrichtung (32) und/oder die Spritzlochscheibe (33) aus keramischem Material hergestellt ist.
Ventilbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugungsvorrichtung (32) und/oder die Spritzlochscheibe (33) aus dem gleichen Material wie der Ventilsitz (30) hergestellt ist.
Einspritzventil, umfassend ein einteiliges Ventilbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines einteiligen Ventilbauteils (1) für ein Einspritzventil mittels eines Zweikomponenten-Pulverspritzgussverfahrens, wobei das Zweikomponenten-Pulverspritzgussverfahren einen ersten Schritt des Spritzgießens eines schweißbaren Materials und einen zweiten Schritt eines Spritzgießens eines keramischen Materials umfasst, wobei der erste und zweite Schritt gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge aufeinanderfolgend ausgeführt werden können, und wobei das einteilige Ventilbauteil eine äußere Hülse (2) aus schweißbarem Material und einen in der Hülse (2) angeordneten Ventileinsatz (3) aus keramischem Material umfasst.