DE102017201300A1

DE102017201300A1 - Magnetventil, Brennkraftmaschine mit Magnetventil und Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils

Info

Publication number: DE102017201300A1
Application number: DE102017201300.1A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Albrodt; Franz Thoemmes; Bernd Giebel; Laurent Jeannel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-02
Also published as: WO2018137913A1; JP2020514639A; CN110226064A; JP6989607B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil (1) zum Steuern von Fluiden, das sich durch eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Das Magnetventil (1) umfasst eine Ventilnadel (2) mit einem Nadelkopf (3) und einem am Nadelkopf (3) in Axialrichtung (X-X) der Ventilnadel (2) angeordneten Nadelschaft (4), wobei der Nadelkopf (3) an einem Ventilsitz (15) wenigstens eine Auslassöffnung (5) freigibt und verschließt, wobei mindestens eine Oberfläche der Ventilnadel (2) aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil mit guter Korrosionsbeständigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetventils. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Brennkraftmaschine mit einem korrosionsgeschützten Magnetventil.
Magnetventile, und insbesondere deren Ventilnadeln, werden aufgrund der sehr guten mechanischen Eigenschaften und insbesondere einer hohen Härte, zumeist aus martensitischem Stahl hergestellt. Nachteilig an martensitischen Stählen ist ihre hohe Korrosionsanfälligkeit, die insbesondere bei wasserhaltigen zu steuernden Medien zu Korrosion und nach kurzer Zeit zum Versagen des Magnetventils führt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den Merkmalen von Anspruch 1, zeichnet sich hingegen durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, selbst beim Führen von wasserhaltigen Medien, aus. Hierzu umfasst das Magnetventil, das zum Steuern von Fluiden vorgesehen ist, eine Ventilnadel. Die Ventilnadel ist insbesondere mindestens teilweise im Inneren eines Ventilgehäuses angeordnet, wobei zwischen der Ventilnadel und dem Gehäuse ein Fluidpfad vorhanden ist, der zum Leiten eines Fluids vorgesehen ist. Die Ventilnadel gelangt also in direkten Kontakt mit dem zu steuernden Fluid. Die Ventilnadel umfasst hierbei einen Nadelkopf, der an einem Ventilsitz wenigstens eine Auslassöffnung freigibt und verschließt. Ferner weist die Ventilnadel einen in Axialrichtung der Ventilnadel angeordneten Nadelschaft auf, an dessen einem Ende der Nadelkopf angeordnet ist. Um eine gute Korrosionsstabilität zu erhalten, ist mindestens eine Oberfläche der Ventilnadel aus einem austenitischen Stahl gebildet. Austenitische Stähle zeichnen sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit, selbst bei dauerhaftem Kontakt mit wasserhaltigen Medien, aus. Somit wird das erfindungsgemäße Magnetventil durch die Verwendung von austenitischem Stahl an mindestens einer Oberfläche der Ventilnadel sehr gut vor korrosiver Degradation geschützt, so dass seine Funktion über einen langen Zeitraum gewährleistet bleibt.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Oberfläche des Nadelkopfes aus einem austenitischen Stahl gebildet. Der Nadelkopf erfüllt die Funktion des Verschließens und Freigebens wenigstens einer Auslassöffnung am Ventilsitz und steht daher permanent mit dem zu steuernden Fluid in Kontakt, insbesondere, da das Fluid selbst nach dem Schließen der Auslassöffnung(en) nicht vollständig vom Nadelkopf entfernt werden kann. Für einen besonders guten Korrosionsschutz des Magnetventils, ist es daher von Vorteil, die Oberfläche des Nadelkopfes aus austenitischem Stahl zu bilden.
Um die Herstellung des Nadelkopfs zu erleichtern und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit desselben zu maximieren, ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Nadelkopf vollständig aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Neben dem Nadelkopf steht auch der Nadelschaft üblicherweise permanent in direktem Kontakt mit dem zu steuernden Fluid. Weiter vorteilhaft ist daher vorgesehen, dass eine Oberfläche des Nadelschafts aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Um die Herstellung des Nadelschafts zu erleichtern und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit desselben zu maximieren, ist ferner vorteilhaft vorgesehen, dass der Nadelschaft vollständig aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Zur Optimierung der Korrosionsbeständigkeit der gesamten Ventilnadel, ist es insbesondere von Vorteil, wenn sowohl mindestens eine Oberfläche des Nadelschafts als auch eine Oberfläche des Nadelkopfes aus einem austenitischen Stahl gebildet sind. Weiter vorteilhaft bestehen sowohl der Nadelkopf als auch das Nadelschaft aus austenitischem Stahl. Dies erleichtert auch die Verbindungsbildung zwischen dem Nadelkopf und dem Nadelschaft, die dann sehr leicht durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung, herstellbar ist.
Austenitische Stähle können im Vergleich zu herkömmlichen martensitischen Stählen eine geringere mechanische Belastbarkeit aufweisen. Um auch hohen mechanischen Belastungen zu widerstehen, ist der austenitische Stahl des Magnetventils vorzugsweise kolsterisiert.
Die mechanischen Eigenschaften, und insbesondere die Verschleißbeständigkeit des Magnetventils, können ferner vorteilhaft dadurch verbessert werden, dass der austenitische Stahl mit einer DLC-Schicht beschichtet ist. DLC, also diamond-like-carbon, ist eine kohlenstoffhaltige Beschichtung mit spezifischer Struktur, die sich durch eine gute Kratzbeständigkeit und hohe Härte auszeichnet und daher sehr gut zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften, und insbesondere der Oberflächeneigenschaften des Magnetventils, geeignet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist auch ein die Ventilnadel zumindest teilweise umgebendes Bauteil, insbesondere ein Ventilgehäuse, aus einem austenitischen Stahl gebildet.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Brennkraftmaschine offenbart, die ein wie vorstehend beschriebenes Magnetventil umfasst. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Magnetventils kann auch die Korrosionsbeständigkeit der Brennkraftmaschine bei dauerhaft stabiler und zuverlässiger Laufleistung verbessert werden.
Des Weiteren erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils beschrieben. Das herzustellende Magnetventil umfasst eine Ventilnadel mit einem Nadelkopf und einem am Nadelkopf in Axialrichtung der Ventilnadel angeordneten Nadelschaft. Der Nadelkopf hat die Funktion, an einem Ventilsitz wenigstens eine Auslassöffnung freizugeben und zu verschließen. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Schritt des Bildens mindestens einer Oberfläche der Ventilnadel aus einem austenitischen Stahl vorgesehen. Durch das Bilden mindestens einer Oberfläche der Ventilnadel aus austenitischem Stahl, kann, unter Verwendung von üblichen Standardprozessen, die Korrosionsbeständigkeit des Magnetventils deutlich verbessert werden. Insbesondere werden mindestens eine Oberfläche des Nadelkopfes und/oder eine Oberfläche des Nadelschafts aus austenitischem Stahl gebildet, wobei der Nadelkopf und/oder der Nadelschaft auch vollständig aus austenitischem Stahl gebildet werden können. Dies erleichtert den Herstellprozess, da nur ein Werkstoff, also der austenitische Stahl, verarbeitet werden muss.
Die für das erfindungsgemäße Magnetventil beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils.
Zur Verbesserung der Härte des austenitischen Stahls, und damit insgesamt der mechanischen Stabilität des Magnetventils, wird der austenitische Stahl vorzugsweise kolsterisiert.
Darüber hinaus kann die Verschleißbeständigkeit des Magnetventils noch gesteigert werden, indem das Verfahren insbesondere einen Schritt des Aufbringens einer DLC-Schicht auf den austenitischen Stahl vorsieht.
Figurenliste
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 Magnetventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Magnetventil 1 eine Ventilnadel 2. Die Ventilnadel 2 weist einen Nadelkopf 3 und einen am Nadelkopf 3 in Axialrichtung X-X der Ventilnadel 2 angeordneten Nadelschaft 4 auf. Der Nadelschaft 4 und der Nadelkopf 3 sind mittels einer Schweißverbindung 14 stoffschlüssig miteinander verbunden.
Die Ventilnadel 2 ist von einem Ventilgehäuse 6 umgeben, wobei zwischen dem Ventilgehäuse 6 und der Ventilnadel 2 ein Fluidpfad 7 zum Leiten eines Fluids vorhanden ist.
Ein Rückstellelement 11 ist mit der Ventilnadel 2 verbunden, um die Ventilnadel 2 in die Ausgangsposition zurückzustellen. 1 zeigt dabei die Ausgangsposition des Magnetventils 1, welche in diesem Ausführungsbeispiel die geschlossene Position des Magnetventils 1 ist. Hierbei liegt die Ventilnadel 2 auf einem Ventilsitz 15 auf, wodurch eine Verbindung zu Auslassöffnungen 5 unterbrochen ist. Der Nadelkopf 3, der in diesem Ausführungsbeispiel als Ventilkugel ausgeführt ist, verschließt damit in der Ausgangsposition des Magnetventils 1 die Auslassöffnungen 5.
Das Magnetventil 1 weist ferner einen Magnetanker 10 sowie einen Innenpol 12 auf. Ferner ist eine Spule 13 vorgesehen, welche bei Bestromung den Magnetanker 10 in Richtung des Innenpols 12 anzieht.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine Oberfläche des Nadelschafts 4 und eine Oberfläche des Nadelkopfes 3 aus einem austenitischen Stahl gebildet. Hierdurch wird eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit der Ventilnadel 2 erreicht. Auch lässt sich somit die Schweißverbindung 14 einfach und stabil ausführen. Insbesondere sind der Nadelkopf 3 und der Nadelschaft 4 vollständig aus austenitischem Stahl gebildet.
Die Ventilnadel 2 umfasst ferner einen ersten Ankeranschlag 8 und einen zweiten Ankeranschlag 9. Der Magnetanker 10 ist dabei zwischen dem ersten und zweiten Ankeranschlag 8, 9 angeordnet. Hierbei ist an der Ventilnadel 2 ein Führungsbereich 16 für den Magnetanker 10 vorgesehen.
Vorteilhaft sind weitere Bauteile der Ventilnadel 2, insbesondere auch das Ventilgehäuse 6, aus austenitischem Stahl hergestellt. Diese Ausführung bietet eine besonders hohe, dauerhafte Korrosionsbeständigkeit, insbesondere auch gegenüber wasserhaltigen Fluiden.
Um die mechanische Stabilität und insbesondere die Härteeigenschaften zu verbessern, ist der verwendete austenitische Stahl kolsterisiert. Die Verschleißbeständigkeit des austenitischen Stahls kann ferner durch eine DLC-Beschichtung gesteigert werden.

Claims

Magnetventil zum Steuern von Fluiden, umfassend: - eine Ventilnadel (2), umfassend einen Nadelkopf (3) und einen am Nadelkopf (3) in Axialrichtung (X-X) der Ventilnadel (2) angeordneten Nadelschaft (4), wobei der Nadelkopf (3) an einem Ventilsitz (15) wenigstens eine Auslassöffnung (5) freigibt und verschließt, - wobei mindestens eine Oberfläche der Ventilnadel (2) aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Nadelkopfes (3) aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkopf (3) vollständig aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Nadelschafts (4) aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelschaft (4) vollständig aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der austenitische Stahl kolsterisiert ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der austenitische Stahl mit einer DLC-Schicht beschichtet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Ventilnadel (2) zumindest teilweise umgebendes Bauteil, insbesondere ein Ventilgehäuse (6), aus einem austenitischen Stahl gebildet ist.
Brennkraftmaschine umfassend ein Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (1), umfassend eine Ventilnadel (2) mit einem Nadelkopf (3) und einem am Nadelkopf (3) in Axialrichtung (X-X) der Ventilnadel (2) angeordneten Nadelschaft (4), wobei der Nadelkopf (3) an einem Ventilsitz (15) wenigstens eine Auslassöffnung (5) freigibt und verschließt, wobei das Verfahren einen Schritt des Bildens mindestens einer Oberfläche der Ventilnadel (2) aus einem austenitischen Stahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der austenitische Stahl kolsterisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen Schritt des Aufbringens einer DLC-Schicht auf den austenitischen Stahl.