DE2832932A1 - Membran und verfahren zur herstellung einer membran - Google Patents

Membran und verfahren zur herstellung einer membran

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DE2832932A1 DE19782832932 DE2832932A DE2832932A1 DE 2832932 A1 DE2832932 A1 DE 2832932A1 DE 19782832932 DE19782832932 DE 19782832932 DE 2832932 A DE2832932 A DE 2832932A DE 2832932 A1 DE2832932 A1 DE 2832932A1
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Description

R.
4846.
Stand der Technik
Es ist bereits eine Membran zur Steuerung eines Mengenteilerund Zumeßventiles einer Kraftstoffeinspritzanlage vorgeschlagen worden, auf die zur Verstärkung der Membran im Bereich des Ventilsitzes Plättchen aufgelötet wurden. Neben dem zusätzlichen teueren Aufwand für die Herstellung ergab sich bei dieser Membran jedoch der Nachteil, daß sich ablösende Plättchen zu einem Ausfall des Ventiles führten und die Membran Eigenspannungen aufwies. Ebenfalls ist bereits vorgeschlagen worden, eine Membran mit unterschiedlichen Ventildicken auf fotochemischem Wege (Ätzung) herzustellen.
Weiterhin bestand das Problem der Abdichtung der Membran gegegenüber dem Ventilgehäuse, wozu Dichtpaste diente,, die jedoch zum Teil in die Arbeitskammer des Ventiles drang und Verstopfungen des Ventiles zur Folge hatte.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Membran mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine hohe Betriebssicherheit bei gleichzeitigen guten Federeigenschaften gewährleistet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Membran möglich.
Vorteilhaft ist die Ausbildung der Membran aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung, da hierdurch erwünschte physikalische Eigenschaften wie Härte, Oberflächengüte und Federeigenschaft
030007/01
gegeben sind und bei der Ausbildung des Ventilgehäuses aus Aluminium annähernd gleiche V/ärmeausdehnungskoef fizienten vorliegen, so daß durch TemperaturSchwankungen beeinflußte Steuereigenschaften der Membran vermieden werden.
Vorteilhaft ist weiterhin die Membran im Einspannbereich mit einer gegen das durchströmende Medium beständigen Fotolackschicht, insbesondere einer Fotopolymerlackschicht (Negativlack) zu versehen, die als Dichtung und Korrosionsschutz zwischen Membran und Ventilgehäuse dient. Durch den gegenüber dem federnden Bereich dickeren Steuerbereich ist eine höhere Durchschlagfestigkeit gewährleistet und dadurch weniger Ausfall bei kostengünstiger Herstellung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Membran nach Anspruch 8 hat den Vorteil, daß die Membran kostengünstig ohne schädliche Wärmebeeinflussung hergestellt werden kann.
Durch die Unteransprüche 9 bis 13 sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 8 angegebenen Verfahrens möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Membran nach Anspruch 14 hat ebenfalls den Vorteil, daß die Membran kostengünstig und ohne schädliche Wärmebeeinflussung hergestellt werden kann.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
-H-
Π30007/0106
näher erläutert. Es zeigen Figur 1, la und 2 eine nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Membran, Figur 3 einen Längsssehnitt entlang der Linie III-III in Figur 4 durch ein Mengenteiler- und Zumeßventil einer Kraftstoffeinspritzanlage Figur 4 einen Querschnitt entlang der Linie TV-IV in Figur 3.
Beschreibung der Erfindung
In den Figuren 1, la und 2 ist beispielsweise eine Membran 5 dargestellt, die nach den weiter unten beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Die Membran 5 kann dabei als Einzelmembran zur Steuerung je eines Membranventiles oder als Mehrfachmembran, wie dargestellt, zur gleichzeitigen Steuerung mehrerer Membranventile ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist die Membran 5 mit verschiedenen Profildicken versehen. So weist in Figur 1 in Vorderansicht die Membran 5 einen Membrankörper 41 mit mindestens einem Steuerbereich 42, mindestens einem den Steuerbereich 42 umgebenden federnden Bereich 43 und mindestens einem den federnden Bereich 43 umgebenden Einspannbereich 44 auf. Der Steuerbereich 42 hat jeweils eine größere Dicke, als der federnde Bereich 43· Hierdurch wird erreicht, daß der mit mindestens einem Ventilsitz eines Ventils zusammenwirkende Steuerbereich 42 auch bei hohen Beanspruchungen, insbesondere bei höheren Temperaturen nicht von dem Ventilsitz durchgeschlagen wird und das Ventil ausfällt. Gleichzeitig gewährleistet der federnde Bereich 43 gute Federeigenschaften und eine ausreichende Regelempfindlichkeit der Membran. Mit 45 und 46 sind Durchbrüche der Membran 5 dargestellt, die dazu dienen, die Membran in ihrer Einbaulage zu fixieren oder mit einem Ventilgehäuse zu verschrauben, oder Betätigung^" elemente durch die Membran zu führen. Erfindungsgemäß ist der Einspannbereich 44 der Membran 5 mit einer gegen das das Ven-
- 5 030007/0106
R.48 4 δ
til durchströmende Medium beständigen Fotolackschicht 47 versehen, und zwar je nach Verwendung auf der Vorderseite der Membran und der Rückseite der Membran. Figur la zeigt die Rückseite der Membran 5· Vorzugsweise dient als Fotolack ein Fotopolymerlack (Negativlack), der eine gute Haftung auf der Membranoberfläche gewährleistet. Die Fotolackschicht 47 im Einspannbereich 44 der Membran 5 dient im eingebauten Zustand als Dichtung und Korrosionsschutzmittel zwischen der Membran 5 und der Einspannung.
Die Herstellung einer beispielsweise in den Figuren I3 la und 2 dargestellten Membran soll erfindungsgemäß durch Aufbringen einer haftfesten Metallschicht auf einen beispielsweise gestanzten Membrankörper 4l erfolgen. Das Aufbringen der haftfesten Metallschicht auf dem Membrankörper 41 kann einerseits galvanotechnisch oder" andererseits durch Ausscheidung aus einem reduktiven chemischen Bad erfolgen. Sowohl das galvanotechnische Abscheiden, als auch das Abscheiden von Metall aus einem reduktiven chemischen Bad ohne äußeren Stromkreis sind bekannte technische Verfahren, so daß eine nähere Erläuterung nicht ei'forderlich ist. Beide Verfahren haben den Vorteil, daß der federnde Bereich und der Steuerbereich aus unterschiedlichen Materialen bestehen können. Um den Aufbau der haftfesten Metallschicht nur auf bestimmte Bereich des Membrankörpers 41 zu beschränken, wird der Membrankörper auf seiner Vorder- und Rückseite in bekannter V/eise mit einer Negativfotolackschicht versehen und in einer hierfür geeigneten Einrichtung unter Verwendung z.B. einer Fototasche derart belichtet und fixiert, daß die gewünschte Struktur auf die Fotolackschicht übertragen wird. Im vorliegenden Beispiel ist dann der Steuerbereich nicht mit einer Fotolackschicht versehen. Taucht man diesen so vorbereiteten Membrankörper 4l in ein galvanisches Bad, so baut sich auf dem nicht abgedeckten Steu-
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erbereich 42 eine haftfeste Metallschicht auf. Vorteilhafterweise dient als Membrankörper 4l eine Kupfer-Beryllium-Legierung und wird im Steuerbereich 42 Hart-Nickel oder Hart-Chrom als haftfeste Metallschicht aufgetragen.
Für die Funktion der Membran 5 in einem Kraftstoffmengenteilerund Zumeßventil entsprechend den Figuren 3 und 4 ist es noch erforderlich, die die Steuerbereiche auf der Rückseite der Membran und die federnden Bereiche 43 bedeckende Fotolackschicht zu entfernen. Die auf dem Einspannbereich 44 verbleibende Fotolackschicht verbleibt als Dichtung und Korrosionsschutzmittel auf der Membran.
Bei dem weiteren vorgeschlagenen Verfahren wird der wie oben beschrieben mit einer fixierten Fotolackschicht versehene Membrankörper 4l in ein reduktives chemisches Bad getaucht, daß beispielsweise Nickel oder Chrom abscheidet, so daß sich im Steuerbereich 42 eine auf dem Membrankörper.4l haftfeste Me-. tallschicht aufbaut. Abschließend wird die Fotolackschicht mit der sich ebenfalls darauf aufgebauten Metallschicht entfernt,
Die Verwendung der erfindungsgemäßen, nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Membran 5 wird anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben. Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ventil handelt es sich um ein Kraftstoffmengenteiler.- und Zumeßventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse oberteil 1 und einem Gehäuseunterteil 3, die durch Schrauben 4 axial zusammengespannt sind. Zwischen das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 3 ist die entsprechend den Figuren 1 und 2 ausgebildete Metallmembran 5 eingespannt, die im Bereich von gleichmäßig um die Gehäuseachse verteilten axialen Bohrungen, diese in Kammern 7 und 8 teilend als bewegliches
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rA-8 4
Ventilteil von Membranventilen dient. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Kraftstoffmengenteiler- und Zumeßventil für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine, also um vier Membranventile. Der in der Ebene der Membraneinspannung angeordnete feste Ventilsitz 9 ist Teil eines Ventilsitzträgers 10, der in das Gehäuseoberteil 1 eingeschraubt oder eingepreßt ist und mit dem Steuerbereich k2 der Membran 5 zusammenwirkend als Anschlußteil· für Leitungen 30 dient, die zu den Einspritzventilen 31 führen, von denen jeweils nur eine dargestellt ist. Am Ventilsitzträger 10 stützt sich eine Schraubenfeder 11 ab, die eine möglichst flach verlaufende Charakteristik hat. Diese Schraubenfeder 11 belastet die Membran über einen Federteller 12 in Öffnungsrichtung, so daß das Membranventil außer Betrieb geöffnet ist.
Die sich im Gehäuseunterteil befindlichen Kammern 8 sind durch einen nacheinander durch diese Kammern verlaufenden Ringkanal 13 miteinander derart verbunden, daß der Flüssigkeitsstrom diese Kammern nacheinander durchströmt. Von einem Kraftstoffbehälter 33 führt eine Leitung 34 über eine kontinuierlich fördernde Kraftstoffpumpe 35 und ein Anschlußteil· l4 zur ersten der Kammern 8. Von der letzten in Stromrichtung liegenden Kammer 8 führt über ein Anschlußteil· 37 eine Leitung 38 zu einem Druckhalteventil 39 und von diesem zurück zum Kraftstoffbehälter 33.
In einer durch die beiden Gehäuseteiie 1 und 3 gehende Axial-,ohrung 16 ist eine Laufbuchse 17 angeordnet. Diese Laufbuchse ist durch eine elastische Dichtbuchse 18, die aus Gummi bestehen kann gegen Verschieben und Verdrehen gesichert, wozu die Dichtbuchse durch einen Stopfen 19 gegen eine im Gehäuseunterteil 3 gelagerte Scheibe 20 axial· zusammengepreßt wird.
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R- 4 8 4 6
In der Laufbuchse 17 gleitet axial gegen die Kraft einer Feder 15 verschiebbar ein Steuerschieber 21, der eine Ringnut 22 hat. Anstelle der Feder 15 könnte auch zur Erzeugung der Rückstellkraft auf den Steuerschieber 21 Druckflüssigkeit dienen, die durch ein nicht dargestelltes hydraulisches Steuerdrucksystem gesteuert den Steuerschieber beaufschlagt. In der Laufbuchse 17 befinden sich Längsnuten 23, die durch exakt gleiche achsparallele Längsschlitze 24 (Steuerschlitze) mit der Innenbohrung der Laufbuchse verbunden sind. Je nach der Stellung des Steuerschiebers 21 steuert somit die Ringnut 22 einen mehr oder weniger langen Abschnitt der Steuerschlitze 2k auf. In der Laufbuchse befinden sich außerdem Radialbohrungen 25, die eine ständige Verbindung zwischen der Ringnut 22 und einem in dem Gehäuseunterteil 3 angeordneten Ringkanal 26 herstellen. Von diesem Ringkanal 26 führen im wesentlichen radial verlaufende Kanäle 27 zum Ringkanal 13, wodurch der Ringkanal 26 mit den Kammern 8 der Membransteuerventile verbunden ist. Die Längsnuten 23 der Laufbuchse 17 sind über Kanäle 28 mit je einer Kammer 7 der Membransteuerventile verbunden, wobei jedem Membransteuerventil eine Längsnut 23 mit ihrem Steuerschlitz 2k zugeordnet ist und die Kammern 7 der Membransteuerventile voneinander getrennt sind.
Die Wirkungsweise des Kraftstoffmengenteiler- und Zumeßventils ist folgende:
De Kraftstoff gelangt aus dem Kraftstoffbehälter 33 über die Leitung 3*1, die kontinuierlich fördernde Pumpe 35 und das Anschlußteil Ik in eine der Kammern 8 der Membransteuerventile und strömt von dort durch den Ringkai 13 zu den anderen Kammern 8 der weiteren Membransteuerventile bis er dann zum Teil über das Anschlußteil 37, die Leitung 38 und
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-/- RA 8 * β
das Druckhalteventil 39 > das den Druck im System bestimmt, zurück zum Kraftstoffbehälter 33 gelangt. Der andere Teil des Kraftstoffes strömt über die Kanäle 27 zu dem Ringkanal 26 und von diesem über die Radialbohrungen 25 in die Ringnut 22 des Steuerschiebers. Die Ringnut 22 öffnet mehr oder weniger die Steuerschlitze 24, über die der Kraftstoff zugemessen in die Längsnuten 23 und von dort über die Kanäle 28 in die Kammern 7 der Membransteuerventile gelangen kann.
Membransteifigkeit und Kraft der Feder 11 sind so ausgelegt, daß bei Änderung des vorgesehenen Druckgefälles zwischen den beiden Kammern 7 und 8 der Membransteuerventile sich der Durchströmquerschnitt zwischen dem Steuerbereich 42 der Membran 5 und dem Ventilsitz so lange ändert, bis das vorgesehene Druckgefälle wieder erreicht ist. Bei diesem Flachsitzventil ist dieses in außerordentlich kurzer Zeit erreicht, da schon bei geringem Hub der Membran der Durchflußquerschnitt stark geändert wird. Bei dem dargestellten Kraftstoffmengenteiler- und Zumeßventil betragen die maximalen Öffnungshübe für die größte Durchströmmenge ca. 0,1 mm. Die Federkraft ändert sich aufgrund dieses kleinen Hubes nur gering, so daß die Regelung sehr genau arbeiten kann d.h. das Druckgefälle u;!abhängig von den durchströmenden Mengen nahezu konstant ist. Die Verwendung von Werkstoffen mit gleichen oder annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für Ventilgehäuse und Membran verhindert durch Temperaturspannungen hervorgerufene Zumeßfehler. Dabei wird vorzugsweise als Gehäusewerkstoff Aluminium und als Membranwerkstoff eine Kupfer-Beryllij.n-Legierung verwendet, die weiterhin eine ausreichende Härte, Oberflächengüte und Federeigenschaft gewährleistet. Die verwendete Kupfer-Beryllium-Legierung besteht etwa aus zwei Gewichtsprozenten Beryllium und dem Rest Kupfer (z.B. Berylco 25 HT CuBe 2 der Deutschen Beryllium GmbH).
- 10 -
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- y6 - R. ABAG
Neben der kostengünstigen Herstellung der Membran 5 durch die beschriebenen Verfahren gestattet die Ausbildung der Membran 5 eine hohe Betriebssicherheit der Membranventile. Die verstärkte Ausführung der Steuerbereiche 42 verhindert Membranbeschädigungen durch die Ventilsitze infolge von Druckstößen unter Beibehaltung guter Regeleigenschaften aufgrund der guten Pedereigenschaften des mit geringerer Profildicke ausgebildeten federnden Bereiches 43. Vorteilhaft ist ebenfalls, die für die Herstellung der Membran erforderliche Potolackschicht auf der Vorder- und der Rückseite der Membran im Einspannbereich 44 zu belassen, da die beispielsweise gegen Kraftstoff beständige Fotolackschicht bei der Einspannung der Membran 5 zwischen das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 3 als Dichtschicht und Korrosionsschutzschicht dient.
Die nach den beschriebenen Verfahren hergestellte Membran ist nicht nur geeignet wie beschrieben als Ventilmembran zu dienen, vielmehr ergeben sich auch andere Verwendungsmöglichkeiten, z.B. als bewegliches Glied einer Schalt- oder Betätigungsvorrichtung oder als elektrischer Kontakt eines elektrischen Schalters.
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Claims (1)

  1. R. 48 4 5
    11.7.1978 Xh/Ht
    ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche
    Membran mit mindestens einem Einspannbereich, mindestens einem federnden Bereich und mindestens einem Steuerbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) durch einen Membrankörper (4l) gebildet wird, auf dem mindestens teilweise eine haftfeste Metallschicht aufgebracht ist.
    2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die haftfeste Metallschicht insbesondere im Steuerbereich (42) aufgebracht ist.
    3- Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbereich (42) eine größere Dicke aufweist, als der federnde Bereich (43).
    4. Membran nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die haftfeste Metallschicht galvanotechnisch auf dem Membrankörper (41) aufgebracht ist.
    5. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannbereich (44) und der federnde
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    ORIGINAL INSPECTED
    -2- R. 4 04 6
    Bereich (43) der Membran (5) mit einer Fotolackschicht, insbesondere einer Fotopolymerlackschicht (Negativlack) versehen ist j die gegen das Medium beständig ist, mit dem die Membran (5) bei ihrer Verwendung in Berührung kommt.
    6. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j daß der Membrankörper (41) aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung besteht.
    7. Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als haftfeste Metallschicht Nickel oder Chrom dient.
    8. Verfahren zur Herstellung einer insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildeten Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran durch galvanotechnisches Aufbringen einer haftfesten Metallschicht auf einen K ..nbrankörper (41) hergestellt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Membran (5) der Membrankörper (41) auf der Vorder- und Rückseite teilweise mit einer Fotolackschicht versehen ist.
    030007/0106
    - 3 - R.48 45
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Fotolack ein gegen das Medium, mit dem die Membran (5) bei ihrer Verwendung in Berührung kommt, beständiger Fotolack, insbesondere Fotopolymerlack (Negativlack), verwendet wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die haftfeste Metallschicht auf die von der Fotolackschicht nicht bedeckten Bereiche des Membrankörpers (4l) aufgebracht wird.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Membrankörper eine Kupfer-Beryllium-Legierung verwendet wird.
    13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als haftfeste Metallschicht Nickel oder Chrom auftragbar ist.
    lH. Verfahren zur Herstellung einer, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildeten Membran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran durch Aufbringen einer haftfesten Metallschicht auf einen Membrankörper (1H) in einen reduktiven chemischen Bad hergestellt wird.
    030007/0106
    -H- R.
    15· "Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Membran (5) der Membrankörper (hl) auf der Vorder- und Rückseite teilweise mit einer Potolackschxcht versehen ist.
    30007/0106
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