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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Injektorbauteil eines Injektors zum Einbringen eines Fluids, insbesondere einen Innenpol oder einen Anker eines Injektors, einen Injektor mit einem derartigen Injektorbauteil, eine Vorrichtung zum Beschichten eines Bauteils, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Injektorbauteils.
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Injektoren sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als Kraftstoffinjektoren in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Um bestimmten Bauteilen bestimmte Eigenschaften zu geben oder eine Lebensdauer von Bauteilen zu verlängern, ist es bekannt, die Bauteile zu beschichten. Eine Möglichkeit zum Beschichten ist beispielsweise das galvanische Beschichten, insbesondere Verchromen, wobei das zu beschichtende Werkstück mit einer Kathode verbunden wird und eine Anode über einen Elektrolyt das Beschichtungsmaterial abgegeben wird. Aus der
DE 10 2009 003 072 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Beschichten einer Vielzahl von Werkstücken bekannt, bei welchen ein Strömungsverteiler und eine Vielzahl von Strömungskanälen vorgesehen sind, wobei eine Einzelregelung eines Elektrolytstroms und ein Einstellen für jedes einzelne Werkstück möglich ist. Insbesondere an einem Übergangsbereich zwischen einem nicht beschichteten Bereich und dem zu beschichtenden Bereich treten insbesondere bei Massenbauteilen Ungenauigkeiten auf. Hierdurch ist jedoch eine Einhaltung von Beschichtungsmaßen, welche für eine Bauteilgenauigkeit notwendig sind, nicht immer möglich.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Injektorbauteil eines Injektors zum Einbringen eines Fluids, beispielsweise eines Kraftstoffinjektors, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Injektorbauteil eine Beschichtung aufweist, welche an einer Stirnseite eines Grundkörpers vorgesehen ist und die Beschichtung auf die Stirnseite des Grundkörpers beschränkt ist, ohne dass eine äußere Mantelseite des Injektorbauteils eine Beschichtung aufweist. Hierdurch können höchste Anforderungen hinsichtlich einer Genauigkeit der Beschichtung im Ein-µm-Bereich erfüllt werden. Dabei weist die Beschichtung an der Stirnseite ein Maximum auf, welches an einer äußeren Hälfte des Grundkörpers liegt und ein Mantelbereich des Grundkörpers ist ohne Beschichtung. Somit weist das Injektorbauteil eine lokal vorgesehene, exakt begrenzte Beschichtung auf.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper keine Beschichtung an einem äußeren Rand der Stirnseite auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Beschichtung der äußeren Mantelfläche des Grundkörpers vermieden wird. Dies stellt insbesondere sicher, dass ein Außenmaß des Grundkörpers nicht durch eine Beschichtung verändert wird. Bevorzugt ist ein stirnseitiger ringförmiger Randbereich unbeschichtet.
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Weiter bevorzugt weist die Beschichtung am Maximum eine Dicke von ≥ 6 µm auf, insbesondere ca. 6,5 µm. Weiter bevorzugt ist die Beschichtung am Maximum kleiner als 7 µm.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Grundkörper ringförmig und weist eine mittige Durchgangsöffnung auf. Hierbei ist das Elektrobauteil besonders bevorzugt ein Innenpol eines Magnetaktors des Injektors.
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Vorzugsweise ist die Beschichtung an einem inneren Rand des ringförmigen Grundkörpers derart vorgesehen, dass die Beschichtung eine Dicke von ≥ 5 µm aufweist, insbesondere 5,5 µm. Weiter bevorzugt ist hierbei eine Steigung der Beschichtung ausgehend von inneren Rand zum Maximum und/oder eine Steigung der Beschichtung vom äußeren Rand zum Maximum geradlinig.
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Insbesondere sind aufgrund der unterschiedlichen Dicken der Beschichtung am inneren und äußeren Rand die Steigungen von den Rändern zum Maximum unterschiedlich groß.
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Weiter bevorzugt ist eine Innenmantelfläche in der Durchgangsöffnung des Grundkörpers zumindest teilweise auch beschichtet. Die Beschichtung an der Innenmantelfläche ist vorzugsweise gleichmäßig.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Durchgangsöffnung an der zur beschichteten Stirnseite gerichteten Seite an einer Innenseite einen sich verjüngenden Bereich, insbesondere sich konisch verjüngenden Bereich, auf. Vorzugsweise wird dieser sich verjüngende Bereich ebenfalls beschichtet.
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Besonders bevorzugt ist die Beschichtung symmetrisch zu einer Mittelachse des Injektorbauteils ausgebildet.
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Das Injektorbauteil ist vorzugsweise ein Innenpol eines Magnetaktors. Alternativ ist das Injektorbauteil ein Anker eines Magnetaktors.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Injektor mit einem erfindungsgemäßen Injektorbauteil. Der Injektor ist besonders bevorzugt ein Kraftstoffinjektor. Wenn das Injektorbauteil bevorzugt als Innenpol und/oder Anker eines Magnetaktors des Injektors ausgebildet ist, kann insbesondere eine schnelle Schaltzeit des Injektors ermöglicht werden. Durch die Ausbildung des ringförmigen Maximums an einer äußeren Hälfte des Grundkörpers wird ein Kleben des Ankers am Innenpol signifikant reduziert.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Magnetaktor, umfassend ein erfindungsgemäßes Injektorbauteil, insbesondere einen Innenpol und/oder einen Anker.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum galvanischen Beschichten eines Bauteils, insbesondere eines Injektorbauteils. Die Vorrichtung umfasst eine Grundplatte mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen, wobei jeweils eine Hülse in jeder Durchgangsöffnung angeordnet ist. Die Hülsen sind vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material, insbesondere PTFE, PCTFE, PVDF, PVCC oder einem Flur-Elastomer, z.B. Vition. Ferner ist die Hülse vorgespannt und die Hülse weist einen radial nach innen vorstehenden Ringauflagebereich auf, auf welchem sich das zu beschichtende Bauteil abstützt. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vielzahl von Einzelanoden, welche an einem stirnseitigen Ende des zu beschichtenden Bauteils angeordnet sind. Ferner sind eine Vielzahl von Strömungskanälen vorgesehen, wobei jeweils einer der Strömungskanäle zu einer Hülse zugeordnet ist und eingerichtet ist, um mit einem Elektrolyt durchströmt zu werden. Hierdurch wird es ermöglicht, dass eine stirnseitige Beschichtung des zu beschichtenden Bauteils ermöglicht wird, wobei durch die Auflage auf dem Ringauflagebereich ein äußerer Rand des Bauteils ohne Beschichtung verbleibt. Hierdurch wird ferner erreicht, dass auch eine Mantelfläche des zu beschichtenden Bauteils beschichtungsfrei verbleibt.
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Die Vorspannung auf die Hülse wird vorzugsweise mittels eines Federelements, insbesondere eines O-Rings, bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich ist die Hülse selbst aus einem elastischen Material hergestellt und weist eine Eigenvorspannung auf.
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Wenn die Vorspannung mittels eines Federelements erfolgt, ist das Federelement bevorzugt zwischen der Grundplatte der Vorrichtung und einem radial nach außen gerichteten Absatz an der Hülse angeordnet. Hierdurch wird eine besonders kompakte Vorrichtung ermöglicht.
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Weiter bevorzugt weisen die Einzelanoden jeweils einen Zentralpin auf, welcher in das zu beschichtende Bauteil hineinragt. Hierdurch wird es ermöglicht, dass auch eine Innenmantelfläche eines ringförmigen zu beschichtenden Bauteils beschichtet werden kann.
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Ferner ist bevorzugt eine Abschirmung vorgesehen, welche an einem Fußbereich des Zentralpins angeordnet ist. Die Abschirmung dient dabei auch zur Steuerung der Beschichtung und zum Schutz jeder Einzelanode.
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Die Vorrichtung zum galvanischen Beschichten umfasst ferner einen Deckel, welcher über der Vielzahl von Hülsen angeordnet ist und die Vielzahl von Hülsen zwischen dem Deckel und der Grundplatte hält. Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Halteeinrichtung, insbesondere eine magnetische Halteeinrichtung, um eine Haltekraft auf die zu beschichtenden Bauteile in Richtung zum Ringauflagebereich auszuüben. Die Haltekraft kann beispielsweise mittels magnetischer Abstoßung und/oder magnetischer Anziehung bereitgestellt werden.
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Die Vorrichtung ist vorzugsweise als austauschbare Kassette vorgesehen, welche in einen Elektrolytbehälter einsetzbar ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Injektorbauteils mit einer Beschichtung. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Bereitstellens des Bauteils und des Anordnens des Bauteils in einer Vorrichtung zum galvanischen Beschichten derart, dass ein äußerer Rand des zu beschichtenden Bauteils auf einem Ringauflagebereich der Vorrichtung aufliegt. Dadurch wird der Rand des zu beschichtenden Bauteils durch den Ringauflagebereich abgedeckt. Ferner wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Vorspannkraft ausgeübt derart, dass das zu beschichtende Bauteil vorgespannt auf dem Ringauflagebereich aufliegt. In einem letzten Schritt wird dann ein Beschichten einer Stirnseite des Injektorbauteils vorgenommen, derart, dass die Beschichtung ein Maximum aufweist, welches an einer äußeren Hälfte eines Grundkörpers des Bauteils liegt und ein äußerer Mantelbereich des Grundkörpers keine Beschichtung aufweist.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist das zu beschichtende Injektorbauteil vorzugsweise ringförmig und weist eine mittige Durchgangsöffnung auf. Die Beschichtung reicht dann an der Stirnseite bevorzugt bis zu einem inneren Rand des ringförmigen Injektorbauteils.
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Weiter bevorzugt wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Innenmantelfläche der Durchgangsöffnung des ringförmigen Injektorbauteils zumindest teilweise beschichtet. Vorzugsweise wird die gesamte Innenmantelfläche des Injektorbauteils beschichtet.
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Figurenliste
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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 Injektors mit einem erfindungsgemäßen Injektorbauteil,
- 2 eine schematische Schnittansicht des Injektorbauteils von 1,
- 3 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum galvanischen Beschichten einer Vielzahl von Injektorbauteilen,
- 4 eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung von 3,
- 5 eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Vorrichtung von 3, und
- 6 ein Diagramm, welches eine Dicke der Beschichtung auf der Stirnseite des Injektorbauteils in Abhängigkeit von einer radialen Position auf der Stirnseite darstellt.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 ein Injektorbauteil 4, ein Injektor 1 zum Einbringen eines Fluids und eine Vorrichtung zum Beschichten des Injektorbauteils 4 sowie ein Beschichtungsverfahren im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Injektor 1 ein Ventilgehäuse 2 und einen Ventilsitz 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Injektor ein nach innen öffnender Injektor. Der Injektor umfasst ferner ein Schließelement 50 in Form einer Ventilnadel sowie ein Rückstellelement 9, welches das Schließelement 50 in der in 1 gezeigten geschlossenen Stellung hält.
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Das Schließelement 5 wird mittels eines Magnetaktors 7 betätigt. Ein elektrischer Anschluss ist mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet.
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Der Magnetaktor 7 umfasst einen Innenpol 4, einen Anker 5 und eine Spule 6. Ein magnetischer Rückschluss wird dabei über Gehäusebauteile erreicht. Der Anker 5 ist fest mit dem Schließelement 50 verbunden, um eine Bewegung des Schließelements zu ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Bauteil des Magnetaktors ist in diesem Ausführungsbeispiel der Innenpol 4. Dieser ist im Detail aus 2 ersichtlich. Der Innenpol 4 umfasst einen hülsenförmigen Grundkörper 40, welcher eine mittige Durchgangsöffnung 46 aufweist. Eine Mittelachse X-X des Innenpols 4 ist gleichzeitig auch eine Mittelachse des Injektors 1. Der Innenpol 4 weist an einer ersten Stirnseite 43, welche zum Anker 5 gerichtet ist, eine Beschichtung 10 auf. Die Beschichtung 10 ist vorzugsweise eine galvanische Beschichtung, besonders bevorzugt eine Chrombeschichtung.
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Der Grundkörper 40 weist aufgrund seiner Hülsenform an der ersten Stirnseite 43 einen äußeren Rand 44 und einen inneren Rand 45 auf.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist der hülsenförmige Grundkörper 40 an der Durchgangsöffnung 46 an dem zum Anker 5 gerichteten Ende einen sich verjüngenden Bereich 48 auf. Die Beschichtung ist dabei sowohl an der ersten Stirnseite 43 als auch am sich verjüngenden Bereich 48 und einem Teilbereich 47a der Innenseite 47 vorgesehen.
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Da der Innenpol 4 ringzylindrisch ausgebildet ist, weist er eine gedachte mittlere Mantellinie M auf, welche in 2 gestrichelt eingezeichnet ist. Die Mantellinie M unterteilt den Grundkörper 40 in eine äußere Ringhälfte 41 und eine innere Ringhälfte 42, wobei ein Abstand zur Innenseite und Außenseite des Grundkörpers gleich ist.
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Die an der ersten Stirnseite 43 des Innenpols 4 vorgesehene Beschichtung 10 weist, wie insbesondere aus 6 ersichtlich ist, ein ringförmiges Maximum 11 auf. Wie in 2 gezeigt, ist das Maximum 11 an der äußeren Ringhälfte 41 des Grundkörpers vorgesehen. Die Beschichtung 10 weist am Maximum 11 dabei eine Dicke D von 6,5 µm auf. Wie in 6 gezeigt, liegt das Maximum 11 dabei auf einem Radius R von ca. 4,2 mm.
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Wie eine Zusammenschau der 2 und 6 zeigt, ist die Beschichtung auf der ersten Stirnseite 43 derart vorgesehen, dass an einem äußeren Rand 44 und einem sich unmittelbar an den äußeren Rand 44 des Grundkörpers anschließenden Bereichs ein beschichtungsfreier Ringbereich 14 vorgesehen ist. Erst dann beginnt die Beschichtung 10, welche sich dann mittels einer geradlinigen Steigung bis zum Maximum 11 erhebt. Ausgehend vom Maximum 11 nimmt die Dicke der Beschichtung zum inneren Rand 45 des Grundkörpers wieder auf einen Wert von 5,5 µm ab.
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Wie unmittelbar aus 6 ersichtlich ist, sind die Steigungen der Beschichtung an der Stirnseite 43, ausgehend vom äußeren beschichtungsfreien Ringbereich 14 bis zum Maximum 11 größer als die Steigung vom inneren Rand 45 zum Maximum 11. Dadurch kann auf der äußeren Ringhälfte 41 ein ringförmiges Maximum 11 realisiert werden, an welchem im Betrieb der Anker 5 des Injektors 1 anliegt. Hierdurch ergibt sich ein ringförmiger Kontaktbereich zwischen der Beschichtung am Maximum 11 und dem Anker 5. Die Beschichtung 10 ermöglicht dabei eine höchste Maßhaltgenauigkeit des Innenpols 4 an der ersten Stirnseite 43.
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Wie in 2 dargestellt, reicht die Beschichtung somit vom beschichtungsfreien Ringbereich 14 über die restliche erste Stirnseite 43 und den sich verjüngenden Bereich 48 bis zur Innenseite 47 der Durchgangsöffnung 46. Die Höhe der Beschichtung an der Innenseite 47 hängt dabei von einer Höhe eines Zentralpins 21 einer Einzelanode 20 ab, was nachfolgend in Verbindung mit der Vorrichtung zum galvanischen Beschichten des Innenpols 4 beschrieben wird.
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Die Vorrichtung 100 zum galvanischen Beschichten des Innenpols 4 ist im Detail schematisch aus den 3, 4 und 5 ersichtlich. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Vielzahl von Beschichtungszellen, um gleichzeitig eine Vielzahl von Innenpolen 4 stirnseitig beschichten zu können. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Grundplatte 22 und einen Deckel 29. In der Grundplatte und dem Deckel 29 sind jeweils sich entsprechende Durchgangsöffnungen ausgebildet, welche einen Strömungskanal 28 für einen Elektrolyten ermöglicht. Die Durchströmung der Vorrichtung 100 ist in 5 durch die Pfeile A schematisch angedeutet. Wie in 3 gezeigt, sind im Deckel 29 eine Vielzahl von Öffnungen 30 für die Durchströmung ausgebildet.
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5 zeigt im Detail eine einzelne Beschichtungszelle, in welcher ein Innenpol 4 zum Beschichten angeordnet ist. Jede Beschichtungszelle umfasst eine Hülse 23, welche austauschbar in einer Öffnung in der Grundplatte 23 angeordnet ist.
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Die Hülse 23 weist einen radial nach innen vorstehenden Ringauflagebereich 24 auf sowie einen radial nach außen gerichteten Absatz 25 auf. Der Ringauflagebereich 24 ist dabei eingerichtet, einen Teilbereich der ersten Stirnseite 43 des Innenpols 4 abzustützen. Die Abstützung erfolgt dabei am äußeren Rand 44 des Innenpols, so dass der Innenpol 4 am beschichtungsfreien Ringbereich 14 an ersten Stirnseite 43 aufliegt.
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Die Vorrichtung 100 umfasst ferner ein Federelement 26 in Form eines O-Rings. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist der O-Ring dabei zwischen der Grundplatte 22 und dem radial nach außen gerichteten Absatz 25 der Hülse 23 angeordnet. Der O-Ring ist aus einem Elastomer hergestellt und stellt eine Vorspannkraft F bereit, um ein unmittelbares Anliegen des Ringauflagebereichs 24 an der ersten Stirnseite 43 des Innenpols 4 zu erreichen.
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Wie weiter aus 5 ersichtlich ist, ist über dem Zentralpin 21 der Einzelanode 20 eine Abschirmung 27 vorgesehen. Die Abschirmung 27 ist hütchenförmig und deckt Bereiche der Einzelanode 20 gegenüber dem Elektrolyt ab. Die Vorrichtung 100 ist als Beschichtungskassette vorgesehen und kann in ein Elektrolytbad eingesetzt und entnommen werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 kann somit sicher vermieden werden, dass eine äußere Mantelfläche des Innenpols 4 an irgendeiner Stelle eine Beschichtung aufweist. Durch das vorgespannte Anliegen des Innenpols 4 mit der ersten Stirnseite 43 am Ringauflagebereich 24 wird eine Abscheidung von Beschichtungspartikeln am beschichtungsfreien Ringbereich 14 an der ersten Stirnseite 43 vermieden. Dadurch wird auch vermieden, dass eine unerwünschte Beschichtung am äußeren Mantelbereich des Innenpols 4 erzeugt wird.
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Es sei angemerkt, dass statt des Federelements 26 auch eine elastische Hülse 23 verwendet werden kann oder eine Kombination, d.h., eine elastische Hülse 23 und ein Federelement 26 verwendet werden kann. Durch die Verwendung der Vielzahl von Einzelanoden 20 ist es ferner möglich, auch Innenbereiche des Innenpols, falls gewünscht bis zu einer beliebigen Höhe, insbesondere auch vollständig, zu beschichten. Die geometrischen Maße der Einzelanode 20 sowie der Grundplatte 22 und des Deckels 29 sind dabei derart gewählt, dass im Beschichtungsvorgang eine gleichmäßige, laminare Strömung über das zu beschichtende Bauteil möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 liegt darin, dass die einzelnen Bauteile 1 jeweils einzeln ausgewechselt werden können. Hierdurch wird eine Modularität erreicht, wodurch ein sehr einfacher Aufbau der Vorrichtung 100 möglich ist. Auch kann eine leichte Wartung bzw. Reparatur oder ein Austausch von Verschleißkomponenten ermöglicht werden.
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Die Vorrichtung 100 kann ferner noch eine Halteeinrichtung in Form einer magnetischen Halteeinrichtung umfassen, wodurch die in den Hülsen 23 angeordneten Innenpole 4 in Position gehalten werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein Injektorbauteil derart beschichtet werden, dass ein äußerer Rand des Injektorbauteils auf einem Ringauflagebereich 24 der Vorrichtung 100 aufliegt, um den Rand 44 und gegebenenfalls auch einen äußeren Ringbereich 14 des Injektorbauteils vor einer Beschichtung abzudecken. Während des Beschichtungsvorgangs wird dabei eine Vorspannkraft 7 derart ausgeübt, dass das zu beschichtende Injektorbauteil vorgespannt auf dem Ringauflagebereich 24 aufliegt. Dies wird bevorzugt mittels eines Federelements 26, insbesondere eines elastischen O-Rings oder dgl. bereitgestellt, da diese Art der Vorspannung sehr kostengünstig bereitstellbar ist. Durch das Ausüben der Vorspannkraft F wird dabei sicher verhindert, dass ein äußerer Mantelbereich des Injektorbauteils beschichtet wird. Anschließend erfolgt eine Beschichtung der Stirnseite 43 des Injektorbauteils derart, dass die Beschichtung 10 ein Maximum 11 aufweist, welches an einer äußeren Hälfte des Injektorbauteils liegt. Das Maximum 11 stellt einen linienförmigen Kontakt zum Anker 5 bereit.
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Erfindungsgemäß können somit Injektorbauteile, insbesondere Innenpole eines Magnetaktors, sehr kostengünstig und in Massenfertigung mit höchster Genauigkeit und einem ringförmigen Maximum 11 bereitgestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009003072 A1 [0002]
