DE102014213101A1 - Ventilbauteil für ein Einspritzventil, Einspritzventil und Verfahren zur Herstellung eines Ventilbauteils für ein Einspritzventil - Google Patents

Ventilbauteil für ein Einspritzventil, Einspritzventil und Verfahren zur Herstellung eines Ventilbauteils für ein Einspritzventil Download PDF

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Abstract

Es wird ein Ventilbauteil für ein Einspritzventil vorgeschlagen, wobei das Ventilbauteil einen ein Trägermaterial aufweisenden Grundkörper umfasst, wobei das Ventilbauteil eine zusammen mit einem Ventilschließkörper des Einspritzventils einen Dichtsitz bildende Ventilsitzfläche und eine stromabwärts der Ventilsitzfläche angeordnete Abspritzöffnung aufweist, wobei in einem Bereich der Ventilsitzfläche ein Einleger in das Trägermaterial des Grundkörpers eingebettet ist, wobei der Einleger ein Einlegematerial aufweist, wobei das Einlegematerial eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Ventilbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Ventilbauteile sind allgemein bekannt. Typischerweise besteht ein Ventilsitz für Einspritzventile aus einem gehärteten martensitischen Material. Eine Ventilsitzfläche des Ventilsitzes besteht dabei ebenfalls aus dem martensitischen Material. Die Ventilsitzfläche bildet zusammen mit einem Ventilschließkörper einer Ventilnadel einen Dichtsitz. Nachteilig an solchen Ventilsitzen ist, dass der Dichtsitz durch Partikel auf der Ventilsitzfläche beschädigt werden kann, wenn der Ventilschließkörper gegen die Ventilsitzfläche mit den Partikeln geprellt wird. Durch diesen Ventilverschleiß wird oftmals nicht nur die Dichtheit des Ventils beeinträchtigt, sondern auch eine Hubveränderung und damit eine Funktionsveränderung des Ventils herbeigeführt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilbauteil für ein Einspritzventil, ein Einspritzventil und ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilbauteils vorzuschlagen, wobei eine Robustheit des Ventilbauteiles gegenüber Verschleißerscheinungen im Vergleich zum Stand der Technik verbessert wird.
  • Das erfindungsgemäße Ventilbauteil für ein Einspritzventil, das erfindungsgemäße Einspritzventil und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ventilbauteils gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Oberflächenhärte des Ventilsitzes (Ventilsitzhärte) lokal im Bereich des Dichtsitzes durch den Einleger gegenüber dem Stand der Technik erhöht wird, sodass Belastungen durch Partikel im Ventilsitz ein höherer mechanischer Widerstand (Härte) entgegengesetzt wird. Die auf den Einleger wirkenden Kräfte bei einem geschlossenen Ventil werden bevorzugt gleichmäßig auf den Grundkörper des Ventilbauteils übertragen. Bevorzugt weist der Grundkörper eine Bauteilhärte zwischen 500 und 800 HV (Härteprüfung nach Vickers), besonders bevorzugt zwischen 600 und 700 HV, ganz besonders bevorzugt von 650 HV, auf.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Einleger eine Einlegeroberfläche aufweist, wobei das Ventilbauteil derart ausgebildet ist, dass die Ventilsitzfläche hauptsächlich die Einlegeroberfläche aufweist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich der Einleger zumindest teilweise um die Abspritzöffnung herum erstreckt, wobei der Einleger bevorzugt ringförmig ist.
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass durch den Einleger die Ventilsitzhärte gegenüber dem Grundkörper lokal im Bereich des Dichtsitzes wird, sodass eine Beschädigung des Dichtsitzes weitestgehend vermieden oder vollständig verhindert wird. Weiterhin erstreckt sich der Einleger bevorzugt vollständig um die Abspritzöffnung und optional um eine weitere Abspritzöffnung herum. Aufgrund einer Ringform des Einlegers ist es insbesondere vorteilhaft möglich, den Einleger derart in das Trägermaterial des Grundkörpers einzubetten, dass der Einleger hauptsächlich in einem Bereich des Dichtsitzes angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Grundkörper aus dem Trägermaterial besteht und/oder der Einleger aus dem Einlegematerial besteht, wobei insbesondere das Trägermaterial ein martensitisches Material ist, wobei insbesondere das Einlegematerial ein Keramikmaterial ist.
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass ein Zweikomponentenventilbauteil bereitgestellt wird, sodass die Robustheit des Ventilbauteils gegenüber Verschleiß durch Partikel gegenüber einem Einkomponentenventilbauteil – insbesondere durch Verwendung eines Einlegers aus einem Keramikmaterial – verbessert wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ventilbauteil Führungsmittel zur Einführung des Ventilschließkörpers aufweist, wobei die Führungsmittel eine aus einem Führungsmittelmaterial bestehende Führungsmitteloberfläche aufweisen, wobei das Führungsmittelmaterial eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist, wobei insbesondere das Einlegematerial und das Führungsmittelmaterial aus demselben Material bestehen.
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass eine Robustheit des Ventilbauteils gegenüber Verschleiß durch Partikel im Bereich der Führungsmittel gegenüber einem Einkomponentenventilbauteil verbessert wird. Bevorzugt ist das Führungsmittelmaterial ein Keramikmaterial.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Einspritzventil mit einem Ventilbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Einspritzventil eine sich hauptsächlich entlang einer Schließrichtung erstreckende Ventilnadel aufweist, wobei an einem dem Ventilbauteil zugewandten Ende der Ventilnadel der Ventilschließkörper angeordnet ist, wobei der Ventilschließkörper entlang der Schließrichtung aus einer Öffnungsstellung in eine Verschlussstellung bewegbar ist, wobei der Ventilschließkörper in der Verschlussstellung mit dem Einlegematerial des Einlegers in Berührkontakt ist.
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, ein Einspritzventil mit vergleichsweise geringem Verschleiß bereitzustellen, wobei die Robustheit gegenüber Partikel auf der Ventilsitzfläche gegenüber einem Einkomponentenventilbauteil erhöht ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilbauteils für ein Einspritzventil, insbesondere eines Ventilbauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein Einleger aus einem ersten Material geformt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt der Einleger mit einem zweiten Material umspritzt wird, sodass aus dem zweiten Material ein Grundkörper geformt wird, wobei eine zusammen mit einem Ventilschließkörper des Einspritzventils einen Dichtsitz bildende Ventilsitzfläche und eine stromabwärts der Ventilsitzfläche angeordnete Abspritzöffnung gebildet werden, wobei in einem dritten Herstellungsschritt das Ventilbauteil in einem Härtungsschritt fertiggestellt wird, wobei aus dem ersten Material ein Einlegematerial gebildet wird und aus dem zweiten Material ein Trägermaterial gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Herstellungsschritt der Einleger in einem Bereich der Ventilsitzfläche in das Trägermaterial eingebettet wird und das Ventilbauteil derart konfiguriert wird, dass das Einlegematerial eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, ein Zweikomponentenventilbauteil herzustellen, welches eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Robustheit gegenüber Partikel auf der Ventilsitzfläche aufweist, sodass der Verschleiß des Ventils reduziert und die Lebensdauer verlängert wird. Insbesondere ist der in dem ersten Herstellungsschritt hergestellte Einleger ein Grünling (welcher hier auch Einlegergrünling genannt wird) und der das Einlegematerial aufweisende Einleger der Einleger des fertiggestellten Ventilbauteils.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem ersten Herstellungsschritt als erstes Material ein einen Binder aufweisendes Keramikpulver verwendet wird, wobei der Einleger aus dem ersten Material in einem ersten Pulverspritzgussprozessschritt geformt wird, wobei in dem zweiten Herstellungsschritt der Einleger in einem zweiten Pulverspritzgussprozessschritt mit dem zweiten Material umspritzt wird, wobei als zweites Material ein martensitisches Material verwendet wird.
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass das Ventilbauteil mittels eines zweistufigen Pulverspritzgießprozesses (PIM: Pouder Injection Molding) hergestellt wird. Bevorzugt wird in dem Pulverspritzgießprozess in dem ersten Herstellungsschritt ein vergleichsweise harter Ring (Einleger) aus Keramik gespritzt (CIM: Ceramic Injection Molding), der den späteren Dichtsitz bildet. Der Grünling dieses Ringes (Einlegergrünling) wird dann bevorzugt in dem zweiten Herstellungsschritt mit einem martensitischen Trägermaterial umspritzt, welches den Grundkörper des Ventilsitzes bildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem dritten Herstellungsschritt das erste und zweite Material in einem gemeinsamen Wärmebehandlungsschritt und/oder Entbinderungsschritt verarbeitet werden.
  • Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass ein vergleichsweise fester Verbund aus Einlegematerial und Trägermaterial gebildet wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1 ein Ventilbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 2 eine Ventilnadel und ein Ventilbauteil eines Einspritzventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • 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.
  • In 1 ist ein Ventilbauteil 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Das Ventilbauteil 10 ist bevorzugt als ein Ventilsitz 10 für ein Einspritzventil 1 (siehe 2) ausgebildet, wobei das Ventilbauteil 10 einen ein Trägermaterial aufweisenden Grundkörper 11 umfasst. Bevorzugt besteht der Grundkörper 11 (vollständig) aus dem Trägermaterial, wobei das Trägermaterial 11 bevorzugt ein martensitisches Material ist. Weiterhin weist das Ventilbauteil 10 eine zusammen mit einem Ventilschließkörper 21 (in 2 dargestellt) des Einspritzventils 1 einen Dichtsitz bildende Ventilsitzfläche 12 und eine stromabwärts der Ventilsitzfläche 12 angeordnete Abspritzöffnung 13 auf.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Bereich der Ventilsitzfläche 12 ein Einleger 31 in das Trägermaterial des Grundkörpers 11 eingebettet ist. Das bedeutet insbesondere, dass der Einleger 31 eine Einlegeroberfläche 31‘ aufweist, welche zumindest teilweise, bevorzugt hauptsächlich, besonders bevorzugt vollständig, die Ventilsitzfläche 12 bildet. Der Einleger 31 weist dabei ein Einlegematerial auf, welches eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß – insbesondere im Unterschied zu einem vollständig aus einem martensitischen Material bestehenden Einkomponentenventilsitz (nicht dargestellt) – möglich, dass die Robustheit gegenüber Störpartikel auf der Ventilsitzfläche 12 erhöht wird.
  • Insbesondere weist das Ventilbauteil 10 Führungsmittel 32 – bevorzugt Führungsstege 32 – auf, wobei ein Führungsmittelmaterial der Führungsmittel 32 bevorzugt ebenfalls ein Keramikmaterial ist. Beispielsweise weist der Ventilsitz fünf Führungsmittel 32 auf. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, einen Verschleiß des Ventilbauteils 10 in einem Bereich der Führungsmittel 32 gegenüber dem Stand der Technik zu reduzieren.
  • In 2 ist eine Ventilnadel 20 und ein Ventilbauteil 10 eines Einspritzventils 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Querschnittansicht dargestellt. Das Einspritzventil 1 weist hier das Ventilbauteil 10 und eine sich hauptsächlich entlang einer Schließrichtung 101 erstreckende Ventilnadel 20 auf. An einem dem Ventilbauteil 10 zugewandten Ende der Ventilnadel 20 ist ein Ventilschließkörper 21 angeordnet, wobei der Ventilschließkörper 21 entlang der Schließrichtung 101 aus einer Öffnungsstellung (Darstellung links) in eine Verschlussstellung (Darstellung rechts) bewegbar ist, sodass der Ventilschließkörper 21 mit der Ventilsitzfläche 12 einen Dichtsitz bildet. Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Ventilsitzfläche 12 hauptsächlich von einer Einlegeroberfläche 31‘ des Einlegers gebildet, sodass der Ventilschließkörper 21 in der Verschlussstellung mit dem Einlegematerial des Einlegers 31 in Berührkontakt ist.

Claims (9)

  1. Ventilbauteil (10) für ein Einspritzventil (1), wobei das Ventilbauteil (10) einen ein Trägermaterial aufweisenden Grundkörper (11) umfasst, wobei das Ventilbauteil (10) eine zusammen mit einem Ventilschließkörper (21) des Einspritzventils (1) einen Dichtsitz bildende Ventilsitzfläche (12) und eine stromabwärts der Ventilsitzfläche (12) angeordnete Abspritzöffnung (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich der Ventilsitzfläche (12) ein Einleger (31) in das Trägermaterial des Grundkörpers (11) eingebettet ist, wobei der Einleger (31) ein Einlegematerial aufweist, wobei das Einlegematerial eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist.
  2. Ventilbauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (31) eine Einlegeroberfläche (31‘) aufweist, wobei das Ventilbauteil (10) derart ausgebildet ist, dass die Ventilsitzfläche (12) hauptsächlich die Einlegeroberfläche (31‘) aufweist.
  3. Ventilbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einleger (31) zumindest teilweise um die Abspritzöffnung (13) herum erstreckt, wobei der Einleger (31) bevorzugt ringförmig ist.
  4. Ventilbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) aus dem Trägermaterial besteht und/oder der Einleger (31) aus dem Einlegematerial besteht, wobei insbesondere das Trägermaterial ein martensitisches Material ist, wobei insbesondere das Einlegematerial ein Keramikmaterial ist.
  5. Ventilbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbauteil (10) Führungsmittel (32) zur Einführung des Ventilschließkörpers (21) aufweist, wobei die Führungsmittel (32) eine aus einem Führungsmittelmaterial bestehende Führungsmitteloberfläche (32‘) aufweisen, wobei das Führungsmittelmaterial eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist, wobei insbesondere das Einlegematerial und das Führungsmittelmaterial aus demselben Material bestehen.
  6. Einspritzventil (1) mit einem Ventilbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (1) eine sich hauptsächlich entlang einer Schließrichtung erstreckende Ventilnadel (20) aufweist, wobei an einem dem Ventilbauteil (10) zugewandten Ende der Ventilnadel (20) der Ventilschließkörper (21) angeordnet ist, wobei der Ventilschließkörper (21) entlang der Schließrichtung (101) aus einer Öffnungsstellung in eine Verschlussstellung bewegbar ist, wobei der Ventilschließkörper (21) in der Verschlussstellung mit dem Einlegematerial des Einlegers (31) in Berührkontakt ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Ventilbauteils (10) für ein Einspritzventil (1), wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein Einleger (31) aus einem ersten Material geformt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt der Einleger (31) mit einem zweiten Material umspritzt wird, sodass aus dem zweiten Material ein Grundkörper (11) geformt wird, wobei eine zusammen mit einem Ventilschließkörper (21) des Einspritzventils (1) einen Dichtsitz bildende Ventilsitzfläche (12) und eine stromabwärts der Ventilsitzfläche (12) angeordnete Abspritzöffnung (13) gebildet werden, wobei in einem dritten Herstellungsschritt das Ventilbauteil (10) in einem Härtungsschritt fertiggestellt wird, wobei aus dem ersten Material ein Einlegematerial gebildet wird und aus dem zweiten Material ein Trägermaterial gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Herstellungsschritt der Einleger (31) in einem Bereich der Ventilsitzfläche (12) in das Trägermaterial eingebettet wird und das Ventilbauteil (10) derart konfiguriert wird, dass das Einlegematerial eine größere Oberflächenhärte als das Trägermaterial aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Herstellungsschritt als erstes Material ein einen Binder aufweisendes Keramikpulver verwendet wird, wobei der Einleger (31) aus dem ersten Material in einem ersten Pulverspritzgussprozessschritt geformt wird, wobei in dem zweiten Herstellungsschritt der Einleger in einem zweiten Pulverspritzgussprozessschritt mit dem zweiten Material umspritzt wird, wobei als zweites Material ein martensitisches Material verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Herstellungsschritt das erste und zweite Material in einem gemeinsamen Wärmebehandlungsschritt und/oder Entbinderungsschritt verarbeitet werden.
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