DE102021213142A1 - Electromagnetically operable device and method of manufacturing a magnetic circuit component of an electromagnetically operable device - Google Patents

Electromagnetically operable device and method of manufacturing a magnetic circuit component of an electromagnetically operable device Download PDF

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Juergen Graner
Birgit Woehlert
Peter Rueck
Martin Buehner
Kai Gartung
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Abstract

Eine elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung hat einen elektromagnetischen Magnetkreis mit einer Magnetspule (10), einem bewegbaren Magnetkreisbauteil (20) und/oder mindestens einem gehäusefesten Magnetkreisbauteil (13). Erfindungsgemäß wird für das bewegbare Magnetkreisbauteil (20) und/oder das mindestens eine gehäusefeste Magnetkreisbauteil (13) ein Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) eingesetzt, wobei die Innen- (40) und Außenkontur (41) des jeweiligen Magnetkreisbauteils (13, 20) an der Oberfläche aus Korrosionsschutzgründen inchromiert sind.An electromagnetically actuable device has an electromagnetic magnetic circuit with a magnetic coil (10), a movable magnetic circuit component (20) and/or at least one magnetic circuit component (13) fixed to the housing. According to the invention, a magnetic steel made of an iron-silicon material (FeSi) is used for the movable magnetic circuit component (20) and/or the at least one magnetic circuit component (13) fixed to the housing, the inner (40) and outer contour (41) of the respective magnetic circuit component ( 13, 20) are chromed on the surface for corrosion protection reasons.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on an electromagnetically operable valve according to the species of the main claim.

Aus der DE 33 05 039 A1 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils bekannt, das u.a. ein Ventilgehäuse und einen als Innenpol dienenden Kern aus ferromagnetischem Material sowie einen axial bewegbaren Anker, der ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilteil betätigt, umfasst. Bei erregter Magnetspule wird der Anker gegen eine Anschlagfläche an der unteren Stirnfläche des Ventilgehäuses gezogen. Die Anschlagfläche wird einerseits durch eine Innenbohrung des Ventilgehäuses und andererseits durch den Rand einer Nut begrenzt, die in der Stirnfläche des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Der Umfang des Ankers überdeckt dabei teilweise die Nut.From the DE 33 05 039 A1 an electromagnetically actuable valve in the form of a fuel injection valve is already known, which includes a valve housing and a core made of ferromagnetic material serving as an inner pole, as well as an axially movable armature that actuates a valve part that interacts with a fixed valve seat. When the solenoid coil is energized, the armature is pulled against a stop surface on the lower face of the valve body. The stop surface is delimited on the one hand by an inner bore of the valve housing and on the other hand by the edge of a groove which is formed in the end face of the valve housing. The circumference of the armature partially covers the groove.

Aus der EP 0 683 861 B1 ist ebenfalls bereits ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, das u.a. einen als Innenpol dienenden Kern aus ferromagnetischem Material, eine Magnetspule sowie einen axial bewegbaren Anker, der ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilschließkörper betätigt und bei erregter Magnetspule gegen eine Anschlagfläche des Kerns gezogen wird, umfasst. Wenigstens eine der beiden Stirnflächen der Bauteile Anker und Kern, die jeweils zu dem anderen gegenüberliegenden Bauteil gerichtet sind, ist in einen Anschlagabschnitt und wenigstens einen gegenüber dem Anschlagabschnitt vertieften Stufenabschnitt aufgeteilt. Der Anschlagabschnitt hat dabei eine genau definierte Breite.From the EP 0 683 861 B1 an electromagnetically actuable valve in the form of a fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines is also already known, which has, among other things, a core made of ferromagnetic material serving as the inner pole, a magnet coil and an axially movable armature which actuates a valve closing body which interacts with a fixed valve seat and when the magnet coil is energized is pulled against an abutment surface of the core. At least one of the two end faces of the armature and core components, which are each directed towards the other opposing component, is divided into a stop section and at least one step section which is recessed in relation to the stop section. The stop section has a precisely defined width.

Für Hochleistungsmagnetkreise verschiedener elektromagnetisch betätigbarer Vorrichtungen wie Ventile, Pumpen, Steller, Schalter werden heutzutage Hochleistungsmagnetwerkstoffe aus Eisen-Kobalt (FeCo) mit einem gewissen Kobaltanteil als Korrosionsschutz verwendet, wie z.B. FeCo49 mit einem 49%-Anteil an Kobalt. Kobalt zählt zu den seltenen Elementen mit einer Häufigkeit in der Erdkruste von nur 0,004%. Außerdem kommt es fast ausschließlich immer nur in Erzen anderer Metalle mit vor und muss in aufwändiger Weise gewonnen werden, dazu noch unter schlechten Arbeits- und Umweltbedingungen in afrikanischen oder lateinamerikanischen Ländern. Aufgrund der Bedeutung von Kobalt bei der Herstellung von elektronischen Geräten wird es in den kommenden Jahren wahrscheinlich zu einer Verknappung des Angebots an Kobalt kommen. Deshalb ist es erstrebenswert, Kobalt in Hochleistungsmagnetkreisen durch leichter gewinnbare und verfügbare Elemente und daraus resultierende Werkstoffe zu ersetzen.For high-performance magnetic circuits of various electromagnetically operated devices such as valves, pumps, actuators, switches, high-performance magnetic materials made of iron-cobalt (FeCo) with a certain proportion of cobalt are used as corrosion protection, such as FeCo49 with a 49% proportion of cobalt. Cobalt is one of the rare elements with a frequency of only 0.004% in the earth's crust. In addition, it is almost exclusively found in ores of other metals and has to be extracted in a complex manner, under poor working and environmental conditions in African or Latin American countries. Due to the importance of cobalt in the manufacture of electronic devices, there is likely to be a shortage in the supply of cobalt in the coming years. It is therefore desirable to replace cobalt in high-performance magnetic circuits with more easily obtainable and available elements and materials derived from them.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass für FeSi-Bauteile das galvanische Hartverchromen, welches für Magnetkreisbauteile als das herkömmliche bewährte Fertigungsverfahren zum Herstellen eines ausreichenden Verschleißschutzes eingesetzt werden muss, entfällt. Mit dem Verzicht auf Hartchromen ergeben sich erhebliche Vorteile bzgl. Kosten und Umweltschutzanforderungen.The electromagnetically actuable device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that galvanic hard chrome plating for FeSi components, which must be used for magnetic circuit components as the conventional proven manufacturing method for producing sufficient wear protection, is omitted. By doing without hard chrome, there are considerable advantages in terms of costs and environmental protection requirements.

Für Hochleistungsmagnetkreise werden heutzutage zudem für verschiedene elektromagnetisch betätigbare Vorrichtungen wie Ventile, Pumpen, Steller, Schalter Hochleistungsmagnetwerkstoffe aus Eisen-Kobalt (FeCo) mit einem gewissen Kobaltanteil als Korrosionsschutz verwendet, wie z.B. FeCo49 mit einem 49%-Anteil an Kobalt. Erfindungsgemäß kann auch auf das seltene und schwierig zu gewinnende Element Kobalt verzichtet werden.For high-performance magnetic circuits, high-performance magnetic materials made of iron-cobalt (FeCo) with a certain proportion of cobalt are used as corrosion protection for various electromagnetically operated devices such as valves, pumps, actuators, switches, such as FeCo49 with a 49% proportion of cobalt. According to the invention, the rare element cobalt, which is difficult to obtain, can also be dispensed with.

Um einen ausreichenden Korrosionsschutz zu erreichen, wird stattdessen in vorteilhafter Weise ein bekannter und ausreichend gute Magneteigenschaften aufweisender Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) für wenigstens ein Magnetkreisbauteil der elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung eingesetzt, dessen Innen- und Außenkontur durchgängig an der Oberfläche inchromiert sind.In order to achieve adequate protection against corrosion, a known magnet steel made of an iron-silicon material (FeSi) and having sufficiently good magnetic properties is advantageously used for at least one magnetic circuit component of the electromagnetically actuated device, the inner and outer contour of which is chromium-plated throughout on the surface are.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung bzw. des im Anspruch 5 angegebenen Ventils möglich.Advantageous developments and improvements of the device specified in claim 1 or of the valve specified in claim 5 are possible as a result of the measures listed in the subclaims.

Besonders vorteilhaft ist es, die Erfindung bei einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil, insbesondere einem Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, einzusetzen, bei dem dann der bewegbare Anker und/oder der gehäusefeste Innenpol durch Inchromieren verschleiß- und korrosionsfest gemacht sind.It is particularly advantageous to use the invention in an electromagnetically actuated valve, in particular a fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines, in which the movable armature and/or the inner pole fixed to the housing are then made wear-resistant and corrosion-resistant by chroming.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil als Beispiel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 eine vergrößerte Perspektivansicht auf eine Nadelbaugruppe mit einem frei bewegbaren Anker eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils in Form eines Brennstoffeinspritzventils und
  • 3 einen Längsschnitt durch einen Anker gemäß 2 mit angedeuteten inchromierten Oberflächen.
Exemplary embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
  • 1 an axial section through a fuel injector as an example of an electric magnetically actuated valve according to the prior art,
  • 2 an enlarged perspective view of a needle assembly with a freely movable armature of an electromagnetically actuated valve in the form of a fuel injector and
  • 3 according to a longitudinal section through an anchor 2 with indicated chromed surfaces.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Bevor anhand der 2 und 3 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtungen, insbesondere Ventilen im Bereich ihrer Magnetkreisbauteile näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.Before using the 2 and 3 Exemplary embodiments of electromagnetically actuable devices according to the invention, in particular valves in the area of their magnetic circuit components, are to be described in more detail for a better understanding of the invention, first with reference to FIG 1 an already known fuel injection valve will be explained briefly with regard to its essential components.

Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.This in 1 Fuel injection valve 1 shown is in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines. Fuel injector 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.

Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf Brennstoffeinspritzventile beschränkt; allerdings stellen derartige Brennstoffeinspritzventile einen bevorzugten Anwendungsbereich der Erfindung dar. Die Erfindung kann auch an anderen elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtungen, wie von Brennstoffeinspritzventilen abweichenden anderen elektromagnetisch betätigbaren Ventilen (z.B. Prüfstandsventile oder ABS-Ventile), aber auch Pumpen, Stellern, Schaltern usw. umgesetzt sein, bei denen Hochleistungsmagnetwerkstoffe in Elektromagnetkreisen eingesetzt werden sollen.However, the invention is in no way limited to fuel injection valves; however, fuel injectors of this type represent a preferred area of application of the invention. The invention can also be implemented on other electromagnetically actuated devices, such as other electromagnetically actuated valves other than fuel injectors (e.g. test bench valves or ABS valves), but also pumps, actuators, switches, etc. where high-performance magnetic materials are to be used in electromagnetic circuits.

Das gezeigte Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.The fuel injector 1 shown consists of a nozzle body 2 in which a valve needle 3 is arranged. The valve needle 3 is in operative connection with a valve closing body 4 which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat. In the exemplary embodiment, fuel injector 1 is a fuel injector 1 that opens inwards and has at least one spray-discharge opening 7 . The nozzle body 2 is sealed against an outer pole 9 of a magnetic coil 10 by a seal 8 . The magnet coil 10 is encapsulated in a coil housing 11 and wound onto a coil carrier 12 which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10 . The inner pole 13 and the outer pole 9 are separated from each other by a constriction 26 and connected to each other by a non-ferromagnetic connecting member 29 . The magnetic coil 10 is excited via a line 19 by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17 . The plug contact 17 is surrounded by a plastic casing 18 which can be injection molded onto the inner pole 13 .

Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Stromaufwärts der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.The valve needle 3 is guided in a valve needle guide 14 which is disk-shaped. A paired shim 15 is used to adjust the stroke. An armature 20 is located upstream of the shim 15. This is non-positively connected via a first flange 21 to the valve needle 3, which is connected to the first flange 21 by a weld seam 22. A restoring spring 23 is supported on first flange 21 and is pretensioned by an adjusting sleeve 24 in the present design of fuel injector 1 .

In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.Fuel channels 30, 31 and 32 run in the upper valve needle guide 14, in the armature 20 and on a lower guide element 36. The fuel is supplied via a central fuel supply 16 and filtered by a filter element 25. Fuel injection valve 1 is sealed by a seal 28 against a fuel distribution line (not shown) and by a further seal 37 against a cylinder head (not shown).

An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist. Das Dämpfungselement 33 dient dem Entprellen des Ventils beim Anschlagen des Ankers 20 an dem unteren Flansch 34, der damit indirekt ein Anschlagelement bildet.An annular damping element 33, which consists of an elastomer material, is arranged on the side of the armature 20 on the spray-discharge side. It rests on a second flange 34 which is non-positively connected to the valve needle 3 via a weld seam 35 . The damping element 33 serves to debounce the valve when the armature 20 strikes the lower flange 34, which thus indirectly forms a stop element.

Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 indirekt über das Dämpfungselement 33 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.A pre-stroke spring 38 is arranged between first flange 21 and armature 20 and holds armature 20 in contact with second flange 34 indirectly via damping element 33 when fuel injector 1 is in the idle state. The spring constant of the pre-stroke spring 38 is significantly smaller than the spring constant of the return spring 23.

Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.When fuel injector 1 is at rest, armature 20 is acted upon by restoring spring 23 and pre-stroke spring 38 counter to its stroke direction in such a way that valve-closing body 4 is held in sealing contact with valve seat surface 6 . When the magnet coil 10 is energized, it builds up a magnetic field which initially de-energizes the armature 20 moves against the spring force of the pre-stroke spring 38 in the stroke direction, with an armature free travel being predetermined by the distance between the first flange 21 and the armature 20 . After passing through the free travel of the armature, the armature 20 also takes along the first flange 21, which is welded to the valve needle 3, against the spring force of the restoring spring 23 in the stroke direction. The armature 20 runs through a total stroke that corresponds to the height of the working gap 27 between the armature 20 and the inner pole 13 . The valve closing body 4 connected to the valve needle 3 lifts off the valve seat surface 6 and the fuel guided via the fuel channels 30 to 32 is sprayed off through the spray-discharge opening 7 .

Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.If the coil current is switched off, the armature 20 falls off the inner pole 13 after the magnetic field has sufficiently decayed due to the pressure of the return spring 23, as a result of which the first flange 21 connected to the valve needle 3 moves in the opposite direction to the stroke direction. As a result, valve needle 3 is moved in the same direction, as a result of which valve closing body 4 touches valve seat surface 6 and fuel injector 1 is closed. The pre-stroke spring 38 then acts on the armature 20 in such a way that it does not bounce back from the second flange 34 but returns to the resting state without a stop bounce.

2 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht auf eine Nadelbaugruppe mit einem frei bewegbaren Anker 20 eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils in Form eines Brennstoffeinspritzventils 1. Erfindungsgemäß wird für das bewegbare Magnetkreisbauteil, hier der Anker 20 und/oder für das mindestens eine gehäusefeste Magnetkreisbauteil, beim Brennstoffeinspritzventil 1 der Innenpol 13 ein Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) eingesetzt, so dass auf einen Kobalt beinhaltenden Stahl (FeCo) in vorteilhafter Weise verzichtet werden kann. In besonders vorteilhafter Weise ist der zur Korrosion neigende Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) entlang seiner Innenkontur 40 und Außenkontur 41 an der Oberfläche inchromiert. 2 shows an enlarged perspective view of a needle assembly with a freely movable armature 20 of an electromagnetically actuated valve in the form of a fuel injector 1. According to the invention, the inner pole 13 is used for the movable magnetic circuit component, here the armature 20 and/or for the at least one magnetic circuit component fixed to the housing, in fuel injector 1 a magnetic steel made of an iron-silicon material (FeSi) is used, so that a steel containing cobalt (FeCo) can advantageously be dispensed with. In a particularly advantageous manner, the magnetic steel, which has a tendency to corrode and is made of an iron-silicon material (FeSi), is chrome-plated along its inner contour 40 and outer contour 41 on the surface.

3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Anker 20 gemäß 2 mit angedeuteten inchromierten Oberflächen entlang seiner Innenkontur 40 und Außenkontur 41. Die Innenkontur 40 wird dabei von den Öffnungen und Bohrungen, wie den Brennstoffkanälen 30 oder der inneren Durchgangsöffnung für die Ventilnadel 3 gebildet. 3 shows a longitudinal section through an anchor 20 according to FIG 2 with indicated chromed surfaces along its inner contour 40 and outer contour 41. The inner contour 40 is formed by the openings and bores, such as the fuel channels 30 or the inner passage opening for the valve needle 3.

In vorteilhafter Weise entfällt für FeSi-Bauteile das galvanische Hartverchromen, welches für Anker 20 und Innenpol 13 als das herkömmliche bewährte Fertigungsverfahren zum Herstellen eines ausreichenden Verschleißschutzes eingesetzt werden muss. Mit dem Verzicht auf Hartchromen ergeben sich erhebliche Vorteile bzgl. Kosten und Umweltschutzanforderungen.Advantageously, galvanic hard chromium plating, which must be used for armature 20 and inner pole 13 as the conventional, proven manufacturing method for producing adequate wear protection, is no longer required for FeSi components. By doing without hard chrome, there are considerable advantages in terms of costs and environmental protection requirements.

Für Hochleistungsmagnetkreise werden heutzutage zudem für verschiedene elektromagnetisch betätigbare Vorrichtungen wie Ventile, Pumpen, Steller, Schalter Hochleistungsmagnetwerkstoffe aus Eisen-Kobalt (FeCo) mit einem gewissen Kobaltanteil als Korrosionsschutz verwendet, wie z.B. FeCo49 mit einem 49%-Anteil an Kobalt.For high-performance magnetic circuits, high-performance magnetic materials made of iron-cobalt (FeCo) with a certain proportion of cobalt are used as corrosion protection for various electromagnetically operated devices such as valves, pumps, actuators, switches, such as FeCo49 with a 49% proportion of cobalt.

Erfindungsgemäß wird eine Lösung vorgeschlagen, die sowohl auf einen kobalthaltigen Magnetwerkstoff als auch auf das Hartchromen bei einem FeSi-Werkstoff verzichtet. Die gewünschten Magnetkreisbauteile wie Anker 20 und/oder Innenpol 13 werden vielmehr mit einem Korrosions- und Verschleißschutz durch Inchromieren an einem FeSi-Bauteil versehen. Entsprechend geeignete FeSi-Werkstoffe sind z.B. unter den Werkstoffnummern 1.3840, 1.3843, 1.3845 oder 1.0884 bekannt. Diese Magnetwerkstoffe besitzen einen Anteil von ca. 2,5 bis 4% Silizium, insbesondere ca. 3% Silizium, und Spuren von Schwefel und Phosphor.According to the invention, a solution is proposed that dispenses with both a cobalt-containing magnetic material and hard chrome plating with an FeSi material. Rather, the desired magnetic circuit components such as armature 20 and/or inner pole 13 are provided with corrosion and wear protection by chroming an FeSi component. Correspondingly suitable FeSi materials are known, for example, under the material numbers 1.3840, 1.3843, 1.3845 or 1.0884. These magnetic materials contain approximately 2.5 to 4% silicon, in particular approximately 3% silicon, and traces of sulfur and phosphorus.

Das Inchromieren ist ein Fertigungsverfahren zur Steigerung der Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit metallischer Bauteile. Beim Inchromieren wird der Werkstoff mit Chromspendern erhitzt. Dabei diffundiert elementares Chrom thermochemisch bei Temperaturen von 1000°C bis 1200°C in die Oberfläche des jeweiligen Bauteils und bildet eine chromreiche Schicht in der Werkstückrandzone. Inchromierte Stähle sind hohen Temperaturen gegenüber beständig. Bei den hier zu inchromierenden Magnetkreisbauteilen soll das Chrom idealerweise in eine Tiefe von 5 bis 10 µm der Werkstückrandzone eindiffundieren; aber auch bis zu einer Tiefe von 20 bis 50 µm kann es sinnvoll sein, das Chrom diffundieren zu lassen.Chrome plating is a manufacturing process to increase the corrosion resistance and wear resistance of metallic components. When chroming, the material is heated with chrome dispensers. In the process, elementary chromium diffuses thermochemically at temperatures of 1000°C to 1200°C into the surface of the respective component and forms a chromium-rich layer in the edge zone of the workpiece. Chromed steels are resistant to high temperatures. In the case of the magnetic circuit components to be chromized here, the chromium should ideally diffuse to a depth of 5 to 10 µm in the edge zone of the workpiece; but it can also make sense to allow the chromium to diffuse down to a depth of 20 to 50 µm.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 3305039 A1 [0002]DE 3305039 A1 [0002]
  • EP 0683861 B1 [0003]EP 0683861 B1 [0003]

Claims (11)

Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Magnetkreis mit einer Magnetspule (10), einem bewegbaren Magnetkreisbauteil (20) und/oder mindestens einem gehäusefesten Magnetkreisbauteil (13), dadurch gekennzeichnet, dass für das bewegbare Magnetkreisbauteil (20) und/oder das mindestens eine gehäusefeste Magnetkreisbauteil (13) ein Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) eingesetzt ist und die Innen- (40) und Außenkontur (41) des jeweiligen Magnetkreisbauteils (13, 20) an der Oberfläche inchromiert sind.Electromagnetically actuatable device with an electromagnetic magnetic circuit with a magnetic coil (10), a movable magnetic circuit component (20) and/or at least one magnetic circuit component (13) fixed to the housing, characterized in that for the movable magnetic circuit component (20) and/or the at least one magnetic circuit component fixed to the housing (13) a magnetic steel made of an iron-silicon material (FeSi) is used and the inner (40) and outer contour (41) of the respective magnetic circuit component (13, 20) are chrome-plated on the surface. Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen-Silizium-Material (FeSi) für das Magnetkreisbauteil (13, 20) einen Anteil von ca. 2,5 bis 4% Silizium, insbesondere ca. 3% Silizium, und Spuren von Schwefel und Phosphor hat.Electromagnetically actuable device claim 1 , characterized in that the iron-silicon material (FeSi) for the magnetic circuit component (13, 20) has a proportion of approximately 2.5 to 4% silicon, in particular approximately 3% silicon, and traces of sulfur and phosphorus. Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass elementares Chrom thermochemisch entlang der Innen- (40) und Außenkontur (41) des jeweiligen Magnetkreisbauteils (13, 20) von der Oberfläche her eindiffundiert ist.Electromagnetically actuable device claim 1 or 2 , characterized in that elementary chromium is thermochemically diffused along the inner (40) and outer contour (41) of the respective magnetic circuit component (13, 20) from the surface. Elektromagnetisch betätigbare Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das inchromierte Magnetkreisbauteil (13, 20) eine chromreiche Schicht in der Werkstückrandzone aufweist, die bis in eine Tiefe von 5 bis 10 µm von der Oberfläche des Magnetkreisbauteils (13, 30) her reicht.Electromagnetically actuable device claim 3 , characterized in that the chromized magnetic circuit component (13, 20) has a chromium-rich layer in the edge zone of the workpiece, which extends to a depth of 5 to 10 µm from the surface of the magnetic circuit component (13, 30). Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem elektromagnetischen Magnetkreis mit einer Magnetspule (10), einem bewegbaren Anker (20) und einem gehäusefesten Innenpol (13), dadurch gekennzeichnet, dass für den Anker (20) und/oder den gehäusefesten Innenpol (13) ein Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) eingesetzt ist und die Innen- und Außenkontur des Ankers (20) und/oder des Innenpols (13) an der Oberfläche inchromiert sind.Electromagnetically actuable valve, in particular fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines, with an electromagnetic magnetic circuit with a magnetic coil (10), a movable armature (20) and an inner pole (13) fixed to the housing, characterized in that for the armature (20) and/or the inner pole (13) fixed to the housing, a magnetic steel made of an iron-silicon material (FeSi) is used and the inner and outer contour of the armature (20) and/or the inner pole (13) are chrome-plated on the surface. Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen-Silizium-Material (FeSi) für den Anker (20) und/oder den Innenpol (13) einen Anteil von ca. 2,5 bis 4% Silizium, insbesondere ca. 3% Silizium, und Spuren von Schwefel und Phosphor hat.Electromagnetically operated valve claim 5 , characterized in that the iron-silicon material (FeSi) for the armature (20) and / or the inner pole (13) has a proportion of about 2.5 to 4% silicon, in particular about 3% silicon, and traces of sulfur and phosphorus. Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass elementares Chrom thermochemisch entlang der Innen- (40) und Außenkontur (41) des Ankers (20) und/oder des Innenpols (13) von der Oberfläche her eindiffundiert ist.Electromagnetically operated valve claim 5 or 6 , characterized in that elementary chromium is thermochemically diffused along the inner (40) and outer contour (41) of the armature (20) and/or the inner pole (13) from the surface. Elektromagnetisch betätigbares Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der inchromierte Anker (20) und/oder der inchromierte Innenpol (13) eine chromreiche Schicht in der Werkstückrandzone aufweisen, die bis in eine Tiefe von 5 bis 10 µm von der Oberfläche des Magnetkreisbauteils (13, 30) her reicht.Electromagnetically operated valve claim 7 , characterized in that the chromized armature (20) and/or the chromized inner pole (13) have a chromium-rich layer in the edge zone of the workpiece, which extends to a depth of 5 to 10 µm from the surface of the magnetic circuit component (13, 30). . Verfahren zur Herstellung eines Magnetkreisbauteils einer elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bzw. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkreisbauteils eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das Magnetkreisbauteil (13, 20) ein Magnetstahl aus einem Eisen-Silizium-Material (FeSi) eingesetzt wird und die Innen- (40) und Außenkontur (41) des jeweiligen Magnetkreisbauteils (13, 20) an der Oberfläche inchromiert wird.A method of manufacturing a magnetic circuit component of an electromagnetically operable device according to any one of Claims 1 until 4 and Method for producing a magnetic circuit component of an electromagnetically actuated valve according to one of Claims 5 until 8th , characterized in that a magnetic steel made of an iron-silicon material (FeSi) is used for the magnetic circuit component (13, 20) and the inner (40) and outer contour (41) of the respective magnetic circuit component (13, 20) on the surface is chromed. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkreisbauteils nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass elementares Chrom thermochemisch bei Temperaturen von 1000°C bis 1200°C in die Oberfläche des jeweiligen Magnetkreisbauteils (13, 20) eindiffundiert und eine chromreiche Schicht in der Werkstückrandzone bildet.Method of manufacturing a magnetic circuit component claim 9 , characterized in that elementary chromium diffuses thermochemically at temperatures of 1000°C to 1200°C into the surface of the respective magnetic circuit component (13, 20) and forms a chromium-rich layer in the edge zone of the workpiece. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkreisbauteils nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Inchromieren zur Bildung einer chromreichen Schicht in der Werkstückrandzone bis in eine Tiefe von 5 bis 10 µm von der Oberfläche des Magnetkreisbauteils (13, 30) her erfolgt.Method of manufacturing a magnetic circuit component claim 10 , characterized in that the chroming to form a chromium-rich layer in the edge zone of the workpiece is carried out to a depth of 5 to 10 µm from the surface of the magnetic circuit component (13, 30).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3305039A1 (en) 1983-02-14 1984-08-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart ELECTROMAGNETICALLY ACTUABLE VALVE
EP0683861B1 (en) 1993-12-09 1998-03-04 Robert Bosch Gmbh Electromagnetic valve

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3305039A1 (en) 1983-02-14 1984-08-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart ELECTROMAGNETICALLY ACTUABLE VALVE
EP0683861B1 (en) 1993-12-09 1998-03-04 Robert Bosch Gmbh Electromagnetic valve

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