DE3230844C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist schon ein elek­ tromagnetisch betätigbares Ventil bekannt (DE-OS 30 46 889), bei dem der Anker und die als Anschlagfläche dienenden Ventilteile aus hoch­ wertigen Materialien gefertigt sind, um einen möglichst geringen Verschleiß zu gewährleisten. Derartige hochwertige verschleißfeste Materialien sind nicht nur teuer, sondern sie sind auch schwer zu bearbeiten. Durch die US-PS 40 05 733 ist es bereits bekannt, einen Anker aus kohlenstoffarmem Stahl auszubilden und die Oberflächen mit rostfreiem Stahl zu versehen. Bekannt ist es ebenfalls durch die DE-OS 19 40 896, an gleitenden und/oder abzudichtenden Stellen eines Ventilverschlußkörpers Verschleißschutzschichten aus Chrom-Karbid bzw. Wolfram-Karbid vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu entwickeln, bei dem der Anker und die die Anschlagfläche bildenden Ventilteile aus billigen und leicht zu bearbeitenden Materialien gefertigt sind und trotzdem eine ausreichende Verschleißfestigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Haupt­ anspruchs gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventils möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Zeichnung als Beispiel eines Ventiles darge­ stellte Kraftstoffeinspritzventil für eine Kraftstoff­ einspritzanlage dient beispielsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Dabei ist mit 1 ein Ventilgehäuse bezeichnet, das durch spanlose Formgebung z. B. Tiefziehen, Rollen oder ähnliches gefertigt ist und eine topfförmige Gestalt mit einem Boden 2 hat. In eine Haltebohrung 3 des Bodens 2 ist ein als Anschlußstutzen ausgebildeter Kraftstoffstutzen 4 dichtend eingesetzt, der aus ferromagnetischem Material gebildet gleichzeitig als Innenkern des elektromagnetisch betätigten Ventiles dient. Der konzentrisch zur Ventilachse verlaufende Kraftstoff­ stutzen 4 weist eine Innenbohrung 6 auf, in die eine Ver­ stellhülse 7 mit einer Durchgangsbohrung 8 eingepreßt ist. Das aus dem Ventilgehäuse 1 ragende Ende des Kraftstoff­ stutzens 4 steht mit einer Kraftstoffquelle, beispielsweise einer Kraftstoffverteilerleitung in Verbindung. In einen Innenraum 9 des Ventilgehäuses 1 ragt das andere Ende 10 des Kraftstoffstutzens 4 als Innenkern dienend und trägt einen isolierenden Trägerkörper 11, der mindestens teil­ weise eine Magnetspule 12 umschließt. Der Trägerkörper 11 und die Magnetspule 12 sind über mindestens einen Füh­ rungszapfen 14 durch Vernieten oder Einschnappen 15 in einer Befestigungsbohrung 16 des Bodens 2 axial fixiert. An der dem Boden 2 abgewandten Stirnfläche 18 des Ventil­ gehäuses 1 liegt ein Distanzring 19 an, an den seinerseits eine Führungsmembran 20 anliegt. Auf der anderen Seite der Führungs­ membran 20 greift ein Bund 21 eines Düsenträgers 22 an, der teilweise das Ventilgehäuse 1 umgreift und in eine Haltenut 23 des Ventilgehäuses 1 mit seinem Ende 24 ein­ gebördelt ist, so daß hierdurch eine axiale Spannkraft zur Lagefixierung von Distanzring 19 und Führungsmembran 20 gegeben ist. Dem Ventilgehäuse 1 abgewandt hat der Düsenträger 22 eine koaxiale Aufnahmebohrung 25, in der ein Düsenkörper 26 eingesetzt und z. B. durch Schweißen oder Löten befestigt ist. Der Düsenkörper 26 weist eine sacklochförmig ausgebildete Aufbereitungsbohrung 28 auf, an deren Lochboden 30 mindestens eine der Kraftstoff­ zumessung dienende Kraftstofführungsbohrung 29 mündet. Die Kraftstofführungsbohrung 29 mündet z. B. der­ art am Lochboden 30 der Aufbereitungsbohrung 28, daß kein tangential gerichtetes Einströmen in die Aufbereitungs­ bohrung 28 erfolgt, sondern der Kraftstoffstrahl zu­ nächst ohne Wandberührung aus den Kraftstofführungs­ bohrungen 29 austritt und danach auf die Wandung der Aufbereitungsbohrung 28 aufprallt, um über diese film­ förmig verteilt etwa in Form einer Parabel zum offenen Ende 31 zu strömen und abzureißen. Die Kraftstofführungs­ bohrungen 29 verlaufen gegenüber der Ventilachse geneigt und gehen von einem im Düsenkörper 26 ausgebildeten Ka­ lottenraum 32 aus, stromaufwärts dessen im Düsenkörper 26 ein gewölbter Ventilsitz 33 ausgebildet ist, mit dem ein kugelförmig ausgebildetes Ventilteil 34 zusammen­ wirkt. Zur Erzielung eines möglichst geringen Totvolu­ mens soll bei am Ventilsitz 33 anliegendem Ventilteil 34 das Volumen des Kalottenraumes 32 möglichst klein sein.

Dem Ventilsitz 33 abgewandt ist das Ventilteil 34 mit einem Flachanker 35 verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt. Der Flachanker 35 kann als Stanz- oder Preßteil ausgebildet sein und beispielsweise einen ring­ förmigen Führungskranz 36 aufweisen, der erhaben ausge­ bildet ist und an einem ringförmigen Führungsbereich 38 der Führungsmembran 20 auf der dem Ventilsitz 33 abgewand­ ten Seite der Führungsmembran 20 anliegt. Durchströmöff­ nungen 39 in dem Flachanker 35 und Aussparungen 40 in der Führungsmembran 20 erlauben eine ungehinderte Umströmung von Flachanker 35 und Führungsmembran 20 durch den Kraftstoff. Die an ihrem Außenumfang an einem Einspann­ bereich 41 gehäusefest zwischen dem Distanzring 19 und dem Bund 21 eingespannte Führungsmembran 20 weist einen Zentrierbereich 42 auf, der eine Zentrieröffnung 43 um­ schließt, durch die das bewegliche Ventilteil 34 ragt und in radialer Richtung zentriert wird. Die gehäusefeste Ein­ spannung der Führungsmembran 20 zwischen dem Distanzring 19 und dem Bund 21 erfolgt in einer Ebene, die bei am Ventilsitz 33 anliegendem Ventilteil 34 durch den Mittel­ punkt bzw. möglichst nahe am Mittelpunkt des kugelförmig ausgebildeten Ventilteiles verläuft. Durch den am Füh­ rungskranz 36 des Flachankers 35 angreifenden Führungs­ bereich 38 der Führungsmembran 20 wird der Flachanker 35 möglichst parallel zur Stirnfläche 18 des Ventilgehäuses 1 geführt, die er mit einem äußeren Wirkungsbereich 44 teil­ weise überragt. In der Innenbohrung 6 des bis nahe an den Flachanker 35 verlaufenden und als Innenkern 10 dienen­ den Endes des Führungsstutzens 4 ist eine Druckfeder 45 geführt, die einerseits am Ventilteil 34 und andererseits an der Verstellhülse 7 angreift und bestrebt ist, das Ventilteil 34 in Richtung zum Ventilsitz 33 hin zu beauf­ schlagen. Zwischen einer dem Flachanker 35 zugewandten Stirnfläche 46 des Innenkerns 10 und einem inneren Wir­ kungsbereich 47 des Flachankers 35 ist auch dann noch ein klei­ ner Luftspalt 54 gegeben, wenn bei erregter Magnetspule 12 der Flachanker mit seinem äußeren Wirkungsbereich 44 an der als Anschlagfläche dienenden Stirnfläche 18 des Ventilgehäuses 1 zum Anliegen kommt, während bei nicht­ erregter Magnetspule 12 der Flachanker eine Stellung einnimmt, in der zwischen der Anschlagfläche 18 und dem Wirkungsbereich 44 ebenfalls ein Luftspalt 55 gebildet wird. Hierdurch wird ein Kleben des Flachankers am Innenkern 10 vermieden. Der Kraftstoffstutzen 4 wird mit dem Gehäuseboden 2 verlötet oder verschweißt. Der Magnetkreis verläuft außen über das Ventilgehäuse 1 und innen über den Kraftstoffstutzen 4 und schließt sich über den Flachanker 35.

Die Stromzuführung zur Magnetspule 12 erfolgt über Kontakt­ fahnen 48, die in dem aus Kunststoff gebildeten Träger­ körper 11 teilweise eingespritzt sind und andererseits über die Befestigungsbohrungen 16 im Boden 2 aus dem Gehäuse 1 herausragen. Dabei können die Kontaktfahnen 48 wie dargestellt abgewinkelt gegenüber der Ventilachse verlaufen. Die durch die Führungszapfen 14 des Träger­ körpers 11 teilweise ummantelten Kontaktfahnen 48 sind zur Abdichtung in der Befestigungsbohrung 16 von Dicht­ ringen 49 umgeben und mit einem ebenfalls den Kraftstoff­ stutzen 4 und den Boden 2 zumindestens teilweise umschlie­ ßenden Kunststoffmantel 50 umspritzt, der im Bereich der Enden der Kontaktfahnen 48 als Steckanschluß 51 geformt ist.

Der über den Kraftstoffstutzen 4 zuströmende Kraftstoff kann bei stromdurchflossener Magnetspule 12, d. h. bei angezogenem Flachanker 35, teilweise an den Kraftstofführungsbohrungen 29 zugemessen und über die Aufberei­ tungsbohrung 28 abgespritzt werden.

Innenkern 10, Trägerkörper 11 und Magnetspule 12 füllen den Innenraum 9 des Ventilgehäuses 1 nicht vollständig aus. Es kann deshalb günstig sein, vor der Montage von Trägerkörper 11 und Magnetspule 12 in den Innenraum 9 den Trägerkörper 11 und die Magnetspule 12 mit einem Kunststoffmantel 52 zu umspritzen, der im montierten Zustand den zwischen Innenkern 10, Trägerkörper 11, Ma­ gnetspule 12 und der lichten Weite des Innenraumes 9 des Ventilgehäuses 1 verbleibenden Raum ausfüllt. Hierdurch wird ein Totvolumen verhindert, in dem Flüssigkeit stag­ niert und zu Korrosionen führt.

Bei Ventilen diese Art werden für das Ventil­ gehäuse 1 und den Flachanker 35 hochwertige verschleiß­ feste Materialien verwendet, um zu verhindern, daß sich an den Berührungsstellen an der Stirnfläche 18 und dem äußeren Wirkungsbereich 44 des Flachankers 35 Verschleiß­ erscheinungen ergeben, die zu unerwünschten Änderungen in der Ventilcharakteristik führen. Derart hochwertige Materialien sind nicht nur teuer, sondern auch schwer zu bearbeiten.

Es wird deshalb vorgeschlagen, das Ven­ tilgehäuse 1 und den Flachanker 35 aus kohlenstoffarmem Stahl (Kohlenstoffgehalt kleiner 0,3%) zu fertigen und den Flachanker 35 und die Anschlagfläche 18 des Ven­ tilgehäuses 1 mit einer verschleißfesten Oberfläche zu versehen. Hierdurch sind einerseits die Materialkosten für das Ventilgehäuse 1 und den Flachanker 35 geringer und andererseits ist eine leichtere Bearbeitbarkeit von Ventilgehäuse 1 und Flachanker 35 gewährleistet. Ver­ schleißfeste Oberflächen an der Anschlagfläche 18 des Ventilgehäuses 1 und am Flachanker 35 lassen sich da­ durch erreichen, daß die Anschlagfläche 18 beispiels­ weise mit einer Nickelschicht 56 und insbesondere nur der äußere Wirkungsbereich 44 des Flachankers 35 mit einer Nickelschicht 57 versehen wird. Die Nickelschich­ ten 56 und 57 können beispielsweise durch bekannte chemische Verfahren aufgebracht werden. Dabei können die anderen Bereiche des Flachankers 35 derart abge­ deckt werden, daß sich auf diesen anderen Bereichen kein Nickel niederschlägt, wodurch auch gewährleistet ist, daß das Ventilteil 34 ohne Schwierigkeiten mit dem Flachanker 35 verlötet oder verschweißt werden kann. Die Dicke der Nickelschicht 56 bzw. 57 kann da­ bei so gewählt werden, daß bei erregter Magnetspule 12, also wenn die Nickelschichten 56, 57 aneinander anliegen, sich zwischen der Stirnfläche 46 des Innen­ kerns 10 und dem inneren Wirkungsbereich 47 der ge­ wünschte Luftspalt 54 eingestellt.

Anstelle der Nickelschichten 56 und 57 können Anschlag­ fläche 18 und Flachanker 35 auch durch Nitrieren ver­ schleißfest gemacht werden. Dies erfolgt dadurch, daß in bekannter Weise diese Teile bei höheren Temperaturen längere Zeit atomarem Stickstoff ausgesetzt werden, so daß sich an den Oberflächen sehr harte Nitride bilden. Das Nitrieren wird dabei entweder in Gasen oder in Salz­ bädern vorgenommen.

Claims (3)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoff­ einspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschi­ nen mit einem Ventilgehäuse und einem Kern aus ferromagnetischem Ma­ terial und einem ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilteil betätigenden Anker, der bei erregter Magnetspule gegen eine Anschlagfläche gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Anker (35) und Anschlagfläche (18) durch Vernickeln mit verschleißfesten Oberflächen (56, 57) versehen sind, wobei die Dicke der Nickel­ schicht (57) auf dem mit der Anschlagfläche (18) zusammenwirkenden Anker (35) und die Dicke der Nickelschicht (56) an der Anschlag­ fläche (18) so gewählt sind, daß zwischen dem Kern (10, 46) und dem Anker (35) ein vorbestimmter Luftspalt (54) gebildet wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil­ gehäuse (1) aus kohlenstoffarmem Stahl gefertigt und die Anschlag­ fläche (18) am Ventilgehäuse (1) ausgebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (35) nur in einem mit der Anschlagfläche (18) zusammenwirkenden Wir­ kungsbereich (44) vernickelt ist.