DE3716072A1 - Elektromagnetisch betaetigbares ventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Haupt­ anspruches. Es ist schon ein Einspritzventil bekannt, bei dem Anker und Ventilnadel als einteiliges Verschlußteil ausgebildet sind, des­ sen Bereich des Ankers weichgeglüht und dessen Bereich der Ventilna­ del gehärtet ist. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß eine Wärmebehandlung der Ventilnadel erforderlich ist, die unerwünschte Wärmespannungen mit sich bringt und einen Werkstoff erfordert, der für den Bearbeitungsvorgang des Härtens geeignet ist. Durch das Här­ ten ist bei dieser bekannten Ventilnadel jedoch auch noch nicht si­ chergestellt, daß aufgrund aggressiver Bestandteile des Kraftstoffes Korrosion an der Ventilnadel nicht auftritt. Außerdem sind der er­ zielbaren Oberflächenqualität der aufeinander gleitenden oder schla­ genden Bereiche der einzelnen Ventilteile Grenzen gesetzt, so daß sich durch Verschleiß die Kennlinie des Ventiles verändert bzw. Hy­ sterese auftritt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich auf einfache Art und Weise mit einem preiswerten Werkstoff die Lebensdauer des Ventiles wesentlich verlängern läßt, indem Werkstoffe mit ausrei­ chender Grundfestigkeit gewählt werden können und nach Auftrag der dünnen verschleiß- und korrosionsfesten Molybdän-Hartmetallschicht eine nachträgliche Bearbeitung, mittels Diamanten erfolgen kann, wo­ durch kostengünstig Oberflächen höchster Qualität und Präzision er­ zielbar sind, die eine lange Gebrauchsfähigkeit des Ventiles gewähr­ leisten. Die Diamantbearbeitung erfolgt durch Drehen, vorzugsweise mit Naturdiamanten, die ein monokristallines Gefüge aufweisen.

Bei Vickers-Härten ≧600 hat die Molybdän-Hartschicht bei ausrei­ chender Zähigkeit eine hohe Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und hohe Formbeständigkeit bei Schlagbeanspruchung. Die mit Laser aufge­ schmolzenen Molybdän-Hartschichten mit 25 bis etwa 75 µm Dicke haften sehr gut auf dem Untergrund, sind unmagnetisch, frei von Ris­ sen und löt- und/oder schweißbar. Im Gegensatz zu anderen harten Me­ tallen, kann Molybdän durch Diamanten bearbeitet werden, wodurch sich glattere Oberflächen erzielen lassen, was zu einer deutlichen Verschleißminderung führt. Durch die geringe Abnutzung des Diamant­ werkzeuges (hohe Standzeit) läßt sich eine größere Anzahl von Ven­ tilteilen mit gleichen Maßen herstellen als bisher, so daß also die Reproduzierbarkeit der Ventilteile verbessert und ihre Herstellung und die Montage des Ventiles infolge geringeren Einstellaufwandes verringert wird.

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

Vorteilhaft ist es ebenfalls, den Ventilschließkörper als Ventilna­ del auszubilden und die Führungsbohrung zur Führung der Ventilnadel ebenfalls mit der erwähnten Molybdän-Hartschicht zu versehen mit Diamanten durch Drehen zu bearbeiten.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, eine Anschlagfläche am Ventilschließ­ körper vorzusehen und diese sowie einen Anschlag mit der Molyb­ dän-Hartschicht zu versehen und mit Diamanten durch Drehen zu bearbeiten.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Ventil ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Innerhalb eines in der Zeichnung mit 1 bezeichneten Ventilgehäuses eines nicht näher dargestellten Einspritzventiles für Kraftstoffein­ spritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftma­ schinen befindet sich eine auf einem Spulenträger 2 aufgebrachte Magnetspule 3. Teilweise von diesem umgeben, befindet sich innerhalb des Spulenträgers 2 ein ferromagnetischer Kern 4. Einer Stirnseite des Kerns 4 zugewandt und ebenfalls teilweise innerhalb des Spulen­ trägers 2 gelegen, ist ein Anker 5 angeordnet, welcher in bekannter Weise mit einer als Ventilschließkörper dienenden metallenen Ventil­ nadel 6 verbunden oder als ein Teil ausgebildet ist. Eine Druckfeder 7 liegt am Anker 5 an und belastet diesen in Richtung vom Kern 4 weg. An einem vom Anker 5 durchragten Absatz 9 des Ventilgehäuses 1 liegt eine einen Anschlag bildende Anschlagscheibe 10 an, die mit einer Ausnehmung 11 einen Hals 12 der Ventilnadel 6 derart umgreift, daß einerseits der Anschlagscheibe 10 der Anker 5 und andererseits ein die Ausnehmung radial übertragender und eine Anschlagfläche 14 aufweisender Anschlagbund 13 der Ventilnadel 6 angeordnet ist. Durch den axialen Abstand zwischen Anschlagscheibe 10 und Anschlagfläche 14 wird bei einer Betätigung der Ventilnadel 6 der Hub der Ventil­ nadel festgelegt.

Die Ventilnadel 6 ist in einem metallenen Sitz- oder Düsenkörper 15 verschiebbar gelagert, welcher auf nicht dargestellte Weise mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist und die Anschlagscheibe 10 gegen den Absatz 9 preßt. Der Düsenkörper 15 weist eine koaxiale Führungsboh­ rung 16 auf, an welche sich in der der Magnetspule 3 abgewandten Richtung eine sich konisch verjüngende Ventilsitzfläche 17 an­ schließt, welche ihrerseits in einer gegebenenfalls zumessenden Ab­ spritzöffung 18 endet. Die Ventilnadel 6 wird in der Führungsbohrung 16 des Düsenkörpers 15 geführt und läuft in der der Magnetspule 3 abgewandten Richtung in einem kegeligen Abschnitt 20 aus, an den sich ein schmaler Dichtabschnitt 21 anschließt. Dieser liegt bei ge­ schlossenem Einspritzventil direkt auf der sich verjüngenden Ventil­ sitzfläche 17 des Düsenkörpers 15 auf. Zum Öffnen des Einspritzven­ tils hebt die Ventilnadel 6 mit dem Dichtabschnitt 21 von der Ven­ tilsitzfläche 17 ab und gibt damit eine Durchströmöffnung für den Kraftstoff frei. Der kegelige Abschnitt 20 kann mit seiner Spitze noch teilweise in die Abspritzöffnung 18 hineinragen. Weiterhin kann der kegelige Abschnitt 20 sowohl in der dargestellten Form eines Ke­ gels auslaufen als auch einen Nadelzapfen aufweisen, welcher, eine koaxiale Verlängerung der Ventilnadel 6 bildend, aus der Abspritz­ öffnung 18 des Düsenkörpers 15 hinausragt.

Die Ventilnadel 6 hat weiterhin einen sich an den Dichtabschnitt 21 anschließenden zylindrischen Abschnitt 23 und daran anschließend mit axialem Abstand zueinander zwei Führungsabschnitte 30 und 31, welche der Ventilnadel 6 innerhalb der Führungsbohrung 16 Führung geben. Die Führungsabschnitte 30, 31 weisen an ihrem Umfang Durchströmöff­ nungen 33 auf, welche beispielsweise als Flächen ausgebildet sein können und den Führungsabschnitten die Form von beispielsweise Vier­ kanten geben.

Die die Führungsabschnitte 30 und 31 aufnehmende Führungsbohrung 16 des Düsenkörpers 15 ist in der der Magnetspule 3 abgewandten Rich­ tung in Form einer Erweiterung 35 abgesetzt, welche fertigungstech­ nisch bedingt ist. Der Durchmesser der auch als "Hinterschnitt" be­ zeichneten Erweiterung 35 ist größer als der Durchmesser der Füh­ rungsbohrung 16. An die Erweiterung 35 schließt sich die bereits be­ schriebene Ventilsitzfläche 17 an.

Zwischen den Führungsabschnitten 30 und 31 weist die Ventilnadel 6 einen im Durchmesser gegenüber diesen Führungsabschnitten reduzier­ ten Verbindungsabschnitt 40 auf, der in radialer Richtung mit der Führungsbohrung 16 einen ringförmigen Strömungskanal 41 begrenzt.

Anker 5 und Ventilnadel 6 können als getrennte Teile ausgebildet miteinander verbunden sein oder als ein Teil gestaltet sein und aus einem Werkstoff mit ausreichender Grundfestigkeit und weicheisenmag­ netischer Eigenschaft. Um eine ausreichende Verschleiß- und Korro­ sionsfestigkeit der gleitenden und auf Schlag beanspruchten Bereiche der Ventilnadel zu erreichen, sind zumindest die Führungsabschnitte 30, 31, die Anschlagfläche 14 und der Dichtabschnitt 21 der Ventil­ nadel 6 mit einer verschleiß- und korrosionsfesten Molybdän-Hart­ schicht 44 von ca. 25 bis 75 µm Dicke überzogen, die wenigstens eine Vickershärte ≧600 haben soll. Die Molybdän-Hartschicht 44 kann auch auf dem gesamten Kegelabschnitt 20 aufgebracht sein und an den Führungsabschnitten 30, 31 nur an den sphärischen, an der Führungs­ bohrungswand gleitenden Berührungsflächen. Vorzugsweise ist eben­ falls die der Anschlagfläche 14 zugewandte Gegenfläche 47 der An­ schlagscheibe 10 mit der verschleiß- und korrosionsfesten Molyb­ dän-Hartschicht 44 überzogen, die ebenfalls dünn ausgebildet nach­ träglich aufgebracht wurde. In weiterer vorteilhafter Weise sind ebenfalls, zumindest im Bereich der Führungsabschnitte 30, 31, die Führungsbohrung 16 und die Ventilsitzfläche 17 mit der ver­ schleiß- und korrosionsfesten Molybdän-Hartschicht 44 versehen, die ebenfalls nachträglich dünn auf den Oberflächen der Führungsbohrung 16 und der Ventilsitzfläche 17 erzeugt wurde. Die verschleiß- und korrosionsfesten Molybdän-Hartschichten 44 können beispielsweise durch Laser aufgeschmolzen sein und werden anschließend mittels Dia­ mantbearbeitung auf das Endmaß durch Drehen der Teile abgetragen. Dabei sind vorzugsweise Naturdiamanten, also Diamanten mit monokri­ stallinem Gefüge zu verwenden.

Die erfindungsgemäß aufgebrachten verschleiß- und korrosionsfesten und mit Diamant bearbeiteten Molybdän-Hartschichten 44 gewährleisten eine Verlängerung der Lebensdauer des Ventils, hier des Einspritz­ ventiles, durch Verschleißverminderung der aufeinander reibenden und schlagenden Teile sowie vor Korrosion durch aggressive Bestandteile des Mediums.

Claims (4)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Einspritzven­ til für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit ei­ nem in einem Ventilgehäuse angeordneten metallenen Ventilschließkör­ per und einer Ventilsitzfläche, die in einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen metallenen Sitzkörper vorgesehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche des Ventilschließkörpers (6) zumindest in gleitenden und mit der Ventilsitzfläche (17) zusammenwirkenden Bereichen (21, 30, 31) sowie die Ventilsitzfläche (17) mit einer Molybdän-Hartschicht (44) versehen und mittels Diamant durch Drehen bearbeitet sind.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil­ schließkörper als Ventilnadel (6) ausgebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füh­ rungsbohrung (16) zur Führung der Ventilnadel (6) ebenfalls mit der Molybdän-Hartschicht (44) versehen und mittels Diamant durch Drehen bearbeitet ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ven­ tilschließkörper (6) eine Anschlagfläche (14) vorgesehen ist, die mit einem im Ventilgehäuse (1) angeordneten Anschlag (10) zusammen­ wirkend den axialen Hub der Ventilnadel (6) begrenzt und diese sowie der Anschlag (10) ebenfalls mit der Molybdän-Hartschicht (44) ver­ sehen und mittels Diamant durch Drehen bearbeitet ist.