DE3016993C2 - - Google Patents

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2 angegebenen Merkmalen.

Derartige Einrichtungen verlangen das Einhalten sehr enger Herstellungstoleranzen, um eine genaue konzentrische Lage des Einspritzventils, den Ventilhub und weitere, die Zumessung des Kraftstoffs beeinflussende Abhängigkeiten einzuhalten. Dazu ist eine hohe Dauerhaltbarkeit der Einspritzeinrichtung und eine kurze dynamische Ansprechzeit anzustreben. Eine solche Einspritzeinrichtung weist einen gehärteten Anker auf, wodurch einem vorzeitigen Verschleiß entgegengewirkt werden soll. Dabei ergibt sich das Problem, daß einerseits zur Verlängerung der Lebensdauer und Erhöhung der Verschleißfestigkeit an den Berührungsstellen des Ankers des Elektromagneten ein hartes Material erwünscht ist, andererseits optimale magnetische Verhältnisse und damit relativ kurze Ansprechzeiten der herzustellenden Einspritzeinrichtung erreicht werden sollen.

Aus der DE-OS 28 43 514 ist eine nach einem gattungemäßen Verfahren hergestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, bei der der gesamte Anker durch Karbonisierung und entsprechender Wärmebehandlung magnetisch hart ist. Magnetisch harte Werkstoffe besitzen jedoch im Vergleich zu magnetisch weichen Werkstoffen eine geringere Permeabilität und einen höheren Restmagnetismus. Aufgrund des damit einhergehenden höheren dynamischen Widerstands im Magnetflußkreis kann sich dies nachteilig auf das Ansprechverhalten der bekannten Einrichtung auswirken. Unter Umständen ist eine großzügigere Dimensionierung des Elektromagneten erforderlich.

Bei dem in der DE-OS 25 41 392 beschriebenen, zur Steuerung der Drucknadeln eines Mosaikdruckers verwendeten Elektromagneten ist sowohl auf der Innenfläche der Polschuhe als auch auf der Oberfläche des Ankers eine dünne Schicht aus magnetisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Nickel oder Chrom, aufgetragen. Hierbei werden demnach Schichten magnetisch nicht leitenden Materials in dem Magnetkreis eingebracht, die somit zu einer Verschlechterung des dynamischen Ansprechverhaltens führen. Dieser Nachteil wird dadurch in Grenzen gehalten, daß dieser unmagnetische Spalt klein gewählt wird. Eine zu dünne Schicht kann jedoch schnell abgenutzt werden und kann somit nicht zu einer wesentlichen Verlängerung der Lebensdauer führen.

Dem Buch "Werkstatt-Technikum des Metall-Facharbeiters" sind allgemeine Hinweise zum Einsatzhärten zu entnehmen. Demnach erhält ein Werkstück an Stellen, die weich bleiben sollen, eine Bearbeitungszugabe, um nach der Aufkohlung eine spanabhebende Bearbeitung vornehmen zu können, durch die die härtbare Schicht beseitigt wird. Alternativ werden nach dieser Druckschrift diese Stellen vor dem Einsetzen mit einer Schutzschicht abgedeckt, um die Kohlenstoffaufnahme zu verhindern. Dieser Druckschrift ist jedoch kein Hinweis auf die magnetischen Eigenschaften von einsatzgehärteten Schichten, und somit auf die bei der Herstellung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen vorliegenden Probleme zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsbildende Verfahren so weiterzubilden, daß trotz der zur Erzielung der Verschleißfestigkeit vorgenommenen Härtung des Ankers optimale magnetische Verhältnisse und damit relativ kurze Ansprechzeiten der herzustellenden Einspritzeinrichtung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen eines der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Durch diese Lösung werden auf überraschend einfache Weise zwei bisher stets als konträr angesehene Eigenschaften der elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzeinrichtung erhalten. So wird einerseits nach wie vor eine Härtung des Ankers vorgenommen, um die erforderliche Verschleißfestigkeit zu erzielen. Dies erfolgt nun aber so, daß die magnetischen Verhältnisse der Magnetanordnung dadurch praktisch nicht beeinflußt werden und sich der Anker im Magnetkreis demnach ebenso verhält, wie ein ungehärteter, insgesamt aus magnetisch weichem Material bestehender Anker.

Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, daß bei der speziellen herzustellenden Einspritzeinrichtung gerade jene Bereiche des Ankers im Magnetkreis liegen, die einem Abrieb praktisch nicht ausgesetzt sind, und daß an diesen kritischen Bereichen ohne jegliche Beeinträchtigung der Verschleißfestigkeit die gewünschten optimalen magnetischen Verhältnisse erreicht werden können.

Ein derartig ausgebildeter Anker kann leicht hergestellt werden und weist eine annehmbare Anprechzeit auf, da er zum weitaus größten Teil aus einem magnetisch weichem Werkstoff besteht, der eine große Permeabilität und geringen Restmagnetismus aufweist.

Die erzielte Abriebfestigkeit an kritischen Stellen, die in billiger Weise zu erreichen ist, ermög­ licht das Einhalten der kalibrierten Kraftstoffzumessung für lange Zeit, wie dies insbesondere bei Kraftstoffein­ spritzeinrichtungen für Kraftfahrzeuge erwünscht ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs. Durch die dadurch erzielte Abriebfestigkeit an den Stirnflächen des Ankers, wird dessen Lebens­ zeit beträchtlich erhöht.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbei­ spiel einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzeinrichtung,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Anker der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Fig. 1.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 5 enthält ein Gehäuse 10 zur Aufnahme eines Einspritzkopfes 11, ei­ nes Ventilglieds 12 und einer Magneteinheit 14 zur Steuerung des Ventilglieds.

Das aus kaltverformtem Siliziumeisen bestehen­ de Gehäuse 10 ist rohrförmig mit kreisähnlichem Querschnitt ausgebildet, so daß es ohne weiteres in eine Aussparung eines Ansaugkastens einer nicht dargestellten Brennkraft­ maschine eingesetzt werden kann oder in anderer Weise in eine Kraftstoffanlage eingegliedert werden kann.

Das Gehäuse 10 hat ein oberes erweitertes Gehäuseteil 15 und ein im Durchmesser kleineres unteres Ge­ häuseteil 16. Durch eine im Durchmesser abgesetzte durch­ gehende Bohrung in axialer Richtung ist eine zylindrische Kammer 17 gebildet, die von einer oberen zylindrischen Wand 20, einer oberen mittleren zylindrischen Wand 22, einer unteren mittleren zylindrischen Wand 24 und einer unteren zylindrischen Wand 25 begrenzt ist. Die Wände 20, 22 und 24 haben von oben her fortschreitend kleineren Durchmesser, während die untere Wand 25 einen größeren Durchmesser als die Wand 24 aufweist. Die Wand 24 ist im oberen Bereich im Durchmesser gegenüber ihrem unteren Bereich 24 a etwas verkleinert, um leicht verschieblich ein Teil 73 a eines Ankers 73 der Magneteinheit 14 aufzunehmen.

Der Bereich 24 a stellt die Außenwand einer Kraftstoffkammer 23 innerhalb des Gehäuses 10 dar, in die drei über den Umfang verteilte radiale Kanäle 30 münden, über die Kraftstoff der Kraftstoffkammer zugleitet wird.

Im unteren Gehäuseteil 16 ist der Einspritz­ kopf 11 angeordnet, der von oben nach unten aus folgenden Teilen besteht: einem Ventilsitzeinsatz 40, einer Wirbel­ platte 44 und einem Einspritzkopf 50. Diese Teile liegen mit ebenen Stirnflächen gegeneinander an und befinden sich in dem von der unteren Wand 25 begrenzten Bereich des Ge­ häuseteils 16.

Der Kraftstoffstrom durch den Kanal 41 des Ventilsitzeinsatzes 40 wird durch das Ventilglied 12 ge­ steuert, das lose in der Kraftstoffkammer 23 untergebracht ist. Es ist in der Lotrechten zwischen einer Schließlage gegen den Ventilsitz 42 anliegend und einer oberen Offen­ lage beweglich, wie dies noch beschrieben werden wird. Das Ventilglied 12 ist mit einer kugelförmigen unteren Flä­ che 12 b versehen, die abdichtend mit dem Ventilsitz 42 zu­ sammenarbeitet, und hat zu dieser gegenüberliegend eine ebene Fläche 12 a, auf die die Magneteinheit 14 gesteuert einwirkt. Das Ventilglied besteht aus einem harten Werkstoff, der magnetisch oder nichtmagnetischer Art sein kann. Zur besseren Haltbarkeit besteht es aus rostfreiem Stahl SAE 51 440, der gehärtet ist.

Zur Unterstützung des Abhebens des Ventil­ glieds 12 vom Ventilsitz 42 dient eine Druckfeder 55, die die ebene Fläche 12 a in Anlage gegen die untere Fläche des Ankers 73 hält. Die Feder 55 liegt lose im Kanal 41 und stützt sich an der oberen Stirnfläche der Wirbelplatte 44 ab, um gegen die kugelförmige Fläche 12 b des Ventilglieds 12 zu drücken.

Die Magneteinrichtung 14 besteht aus einem rohrförmigen Spulenkasten 60 zur Aufnahme einer Spule 61. Der Spulenkasten 60 liegt zwischen der Schulter 26 und der unteren Stirnfläche eines kreisförmigen Polstücks 62, das gegen die Wand 20 anliegt und zwischen der Schulter 21 und dem radial einwärts gebördelten Rand 15 a des oberen Gehäu­ seteils 15 axial festgelegt ist. Dichtungen 80 und 81 be­ wirken die Abdichtung zwischen der Schulter 26 und der un­ teren Stirnfläche des Spulenkastens bzw. der oberen Stirn­ fläche des Spulenkastens und dem Polstück 62.

Von dem Polstück 62 erstreckt sich zentral ein rohrförmiger Kern 63 nach unten, dessen Außendurchmes­ ser so gewählt ist, daß der Kern 63 sich in eine zentrale Bohrung 60 b des Spulenkastens 60 um einen vorgegebenen Be­ trag hinein erstreckt, so daß seine untere Stirnfläche den bereits erwähnten vorgegebenen axialen Abstand von der Schulter 27 erhält. Das Polstück 62 ist ferner mit einem lotrecht nach oben gerichteten Ansatz versehen, der einen im Durchmesser erweiterten Kopf 62 b hat.

Der unterhalb des Kerns 63 liegende Anker 73 ist an einer zylindrischen Führungsstange 72 aus nichtmage­ tischem Werkstoff axial geführt. Die Führungsstange 72 hat am oberen Ende zwei axialen Abstand voneinander aufweisende Bunde 72 a, die in der Bohrung 63 c des Kerns abgestützt sind, wodurch die Führungsstange 72 und der Anker 73 koaxial im Gehäuse 10 ausgerichtet werden. Die oberste Stirnfläche der Bunde 72 a liegt gegen die untere Stirnfläche der Einstell­ mutter 70 an. Zwischen den beiden Bunden 72 a ist ein O-Ring 64 zur Abdichtung vorgesehen.

Der Anker 73 ist als zylindrisches Rohr aus­ gebildet, dessen oberes Teil einen Außendurchmesser hat, der lose gleitend die Aufnahme in der Wand 24 und dem unte­ ren Teil der Bohrung 60 b des Spulenkastens 60 ermöglicht. Der Anker 73 enthält eine abgesetzte zentrale Bohrung, de­ ren oberes Teil eine Federkammer 74 bildet, während ihr unteres Teil 75 verschieblich den im Durchmesser kleineren Schaft der Führungsstange 72 aufnimmt. An der unteren Stirn­ fläche des Ankers ist ein zentraler radialer Schlitz 76 senkrecht zur Achse des Ankers 73 gebildet. In der oberen Stirnfläche des Ankers 73 ist ein entsprechender enger Schlitz 76 a vorgesehen.

Zwischen der unteren Stirnfläche des Kerns 63 und der oberen Stirnfläche des Ankers 73 ist eine Scheibe 78 aus nichtmagnetischem Werkstoff einer vorgegebenen Dicke vorgesehen, die gegen beide Stirnflächen zur Anlage gelangen kann.

In der gezeichneten unteren Stellung liegt der Anker 73 gegen die ebene Fläche 12 a des Ventilglieds 12 an und hält dieses abgedichtet gegen den Ventilsitz 42. Bei der axialen Bewegung des Ankers 73 nach oben kommt seine obere Stirnfläche gegen die untere Stirnfläche des Kerns 63 zur Anlage, wobei die Scheibe 78 zwischen beiden liegt. In der unteren Stellung besteht zwischen dem Kern 63 und dem Anker 73 ein Luftspalt vorgegebener Größe.

Bei einer Ausführungsform wurde der Luftspalt zwischen dem Kern 63 und dem in der unteren Lage befindlichen Anker 73 etwa 0,15 mm groß gewählt. Da die zwischen beiden Teilen angeordnete Scheibe 78 eine Dicke von 0,05 mm hatte, war der effektive Hub des Ankers bei Erregen der Spule 61 0,10 mm.

Der Anker 73 ist normalerweise in seine un­ tere Lage, in der er das Einspritzventil geschlossen hält, durch eine Rückstellfeder 77 gedrückt, die in der Federkam­ mer 74 die Führungsstange 72 umgebend angeordnet ist und sich an einer Schulter 73 c am Boden der Federkammer 74 ab­ stützt und mit ihrem anderen Ende gegen eine radiale Schul­ ter 72 b der Führungsstange 72 anliegt, um diese in Anlage gegen die Einstellmutter 70 zu halten. Die Rückstellfeder 77 übt eine vorgegebene Federkraft aus, die größer ist als die der Druckfeder 55.

Statt in der üblichen Bauweise den Anker in einer Gehäusebohrung verschieblich zu führen, ist bei der hier gewählten Bauart der Anker 73 axial verschieblich an der Führungsstange 72 geführt.

Besteht nun der Anker, wie es üblich ist, aus einem magnetisch weichem Werkstoff, beispielsweise SAE- Stahl 1002-1010, also ein Stahl mit geringem Kohlenstoffge­ halt, so ist dieser auch physikalisch weich. Er unterliegt daher bei längerem Gebrauch dem Abrieb, insbesondere an den Führungsflächen in der Bohrung 75 und ferner an seinen Stirn­ flächen, insbesondere der oberen, durch das wiederholte Auf­ treffen gegen das Ventilglied 12 bzw. den Kern 63 des Pol­ stücks.

Da die Mantelfläche im oberen Bereich des Ankers 73 wegen ihrer Lage im Magnetfluß magnetisch weich sein sollte, ist dieser Bereich bei bekannten Bauarten nicht mit einer abriebfesten Fläche versehen, da dieser harte Werkstoff auch magnetisch hart wäre und den magnetischen Eigenschaften des Ankers abträglich wäre. Ein Härten dieses Bereiches würde eine dünne Schicht magnetisch harten Werk­ stoffs ergeben, in der Dauermagnetismus besteht, wodurch die Reluktanz erhöht und der Widerstand gegen den Magnet­ fluß ansteigt.

Durch die jetzt gewählte Bauform, bei der der Anker 73 mit der Bohrung 75 versehen ist, die das unte­ re Teil der Führungsstange 72 aufnimmt, ist es möglich die­ se Führungsfläche mit einer abriebfesten Eigenschaft auszu­ bilden ohne die magnetischen Eigenschaften des Ankers zu schwächen. Es werden hierbei ausgewählte Flächen des An­ kers 73 abriebfest gemacht, die im Betrieb bevorzugt der Abnutzung unterliegen, aber nicht im Magnetfluß liegen.

So kann der Anker 73 einsatz­ gehärtet werden, wobei dies nur an den Flächen erfolgt, die abriebfest sein sollen. Dies ist durch zwei unterschied­ liche Verfahren erreichbar.

Bei einem ersten Verfahren werden alle frei­ en Flächen des Ankers 73 mit einer Kupferplattierung ver­ sehen. Danach wird die Plattierung an den Flächen besei­ tigt, die gehärtet werden sollen. Wie Fig. 2 zeigt wäre die Kupferplattierung an den gestrichelt markierten Flä­ chen 90 zu entfernen, nämlich der Wandung der Bohrung 75 und den beiden Stirnflächen des Ankers. Danach wird der Anker in üblicher Weise einsatzgehärtet, wobei die Kupfer­ plattierung ein Härten verhindert. Nach dem Härten wird die restliche Kupferplattierung entfernt. In einem Ausfüh­ rungsbeispiel war die Dicke der einsatzgehärteten Schicht 0,10 bis 0,175 mm.

Bei einem zu bevorzugenden Verfahren wird der Anker 73 zunächst mit Übermaß hergestellt und zwar an den Flächen, die keine Härtung erfordern.

Dies ist zumindest der Bereich der äußeren Mantelfläche des Ankers. Danach wird der Anker einsatzgehärtet, wobei dies an allen Flächen er­ folgt, so daß die Außenmantelfläche und auch andere Flä­ chen, die nicht abriebfest zu machen sind, anschließend beschliffen wer­ den müssen, um die einsatzgehärtete dünne Schicht abzutra­ gen und das magnetisch weiche Material freizulegen. Beträgt zum Beispiel die einsatzgehärtete Schicht an der Außen­ mantelfläche 0,10 bis 0,175 mm, so wären mindestens 0,25 mm abzutragen, damit das vollständige Beseitigen des ein­ satzgehärteten Werkstoffs gewährleistet ist. Bei diesem Abschleifen erhält der Anker 73 seinen endgültigen Außen­ durchmesser.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung, welche eine Magneteinrichtung mit einem gehärteten Anker (73) besitzt, der eine zentra­ le axiale Bohrung (90) aufweist, über die er verschiebbar auf einer Führungsstange (72) aus nichtmagnetischem Werk­ stoff geführt ist, und bei der über den Anker ein Ein­ spritzventilglied (12) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (73) zunächst durchgehend aus magnetisch weichem Werkstoff in solchen Abmessungen gefertigt wird, daß er im Bereich seiner nicht im Magnetkreis liegenden und die Bohrung (75) bestimmenden inneren Wand (90) ent­ sprechend dem Fertigmaß und zumindest im Bereich seiner äu­ ßeren Mantelfläche mit Übermaß gebildet ist, daß dieser zum Teil mit Übermaß gefertigte Anker (73) an der gesamten Oberfläche einsatzgehärtet wird, und daß an sämtlichen mit Übermaß gebildeten Flächen des Ankers die dort erhaltene einsatzgehärtete Schicht wieder abgetragen wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Kraft­ stoffeinspritzeinrichtung, welche eine Magneteinrichtung mit einem gehärteten Anker (73) besitzt, der eine zentra­ le axiale Bohrung (90) aufweist, über die er verschiebbar auf einer Führungsstange (72) aus nichtmagnetischem Werk­ stoff geführt ist, und bei der über den Anker ein Ein­ spritzventilglied (12) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (73) zunächst durchgehend aus magnetisch weichem Werkstoff gefertigt wird, daß auf sämtlichen expo­ nierten Oberflächen des Ankers eine Kupferplattierung auf­ gebracht wird, daß diese Kupferplattierung von der nicht im Magnetkreis liegenden und die Bohrung (75) bestimmen­ den inneren Wand (90) des Ankers wieder entfernt wird, daß dieser zum Teil kupferplattierte Anker einsatzgehär­ tet wird, und daß danach auch die noch verbliebene Kupfer­ plattierung wieder entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Stirnflächen (90) des Ankers (73) in gleicher Weise wie die innere Wand (90) des Ankers behandelt wird.