DE3733809C2 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Magnetventile werden betätigt durch entsprechende Steuerung eines im Ventil befindlichen Elektromagneten, wobei ein Schließglied im Ventil einen Druckmitteldurchlaß öffnet oder schließt. Die Erfindung betrifft in bevorzugter Weise ein Magnetventil zur Steuerung der Einspritzmenge bei Motoren mit elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzung. Solche Motoren arbeiten z. B. mit Benzin, Flüssiggas, Alkohol oder dergleichen. In gleicher Weise eignet sich ein erfindungsgemäßes Magnetventil für hydraulische Geräte, z. B. sogenannte Tempomaten, automatische Getriebe mit Flüssigkeitswandler, ABS-Systeme, Verstellsysteme für das Fahrwerk (Aufhängung) eines Kraftfahrzeugs, und anderes mehr.

Ein Magnetventil nach dem Oberbegriff ist bekannt aus der DE 35 06 842 A1. Dieses bekannte Ventil dient zur Erzeugung eines variablen Drucks zur Steuerung eines Automatikgetriebes. Es hat einen beweglichen Anker aus weichmagnetischem Werkstoff, und an diesem ist ein Ventilkörper befestigt, der aus einem nichtmagnetischen Material besteht und der nach Art eines Steuerschiebers in einem Ventilsockel verschiebbar ist. Vielfach ist es bei derartigen Ventilen erwünscht, den Ventilkörper zur Erhöhung seiner Verschleißfestigkeit zu härten, doch hat dies dann zur Folge, daß er durch die Wärmebehandlung magnetisch wird, und daß Eisenpartikel aus der Hydraulikflüssigkeit an ihm haften bleiben und zu einem verstärkten Verschleiß führen.

Diese Probleme kann man vermeiden, wenn man gemäß der DE 33 14 900 A1 die beweglichen Teile eines Einspritzventils in einer Bohrung eines Leichtmetallgehäuses führt, die zuvor harteloxiert worden ist. Jedoch zeigt die Praxis, daß die Korrosions- und Verschleißfestigkeit solcher harteloxierter Schichten nicht befriedigend ist und z. B. dem rauhen Betrieb in einem Kraftfahrzeug in den meisten Fällen nicht gewachsen ist.

Aus der DE 31 49 916 A1 kennt man Einspritzventile, deren Düsennadeln aus nichtmagnetischem, rostfreiem Stahl hergestellt sind. Hier ergeben sich die gleichen Probleme bei der Wärmebehandlung, wenn diese Düsennadeln gehärtet werden sollen, da durch die Wärmebehandlung diese Düsennadeln magnetisch werden und dann Eisenpartikel anziehen. Aus dieser Schrift ist es auch bekannt, die mechanisch stark beanspruchte Seite eines Flachankers (aus Weicheisen) durch Nitrieren zu härten, um an dieser Stelle die Verschleißfestigkeit und damit die Lebensdauer zu erhöhen.

Schließlich kennt man aus der DE 30 16 993 A1 ein Einspritzventil für die Benzineinspritzung, bei dem der - aus weichmagnetischem Material bestehende - Anker ebenfalls an den beanspruchten Stellen durch Einsatzhärtung gehärtet wird, um dort den Verschleiß zu reduzieren, und bei dem ein Schließglied aus rostfreiem Stahl verwendet wird, der gehärtet ist. Durch die Härtung wird aber dieses rostfreie Material magnetisch, mit den bereits beschriebenen negativen Folgen.

Bei Kraftfahrzeugen mit Benzinmotoren wird immer häufiger die elektronisch gesteuerte Benzineinspritzung verwendet, um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, die Leistung des Verbrennungsmotors zu verbessern und eine bessere Abgasqualität zu erhalten. Bei solchen Anlagen verwendet man zur Steuerung der Einspritzung Einspritzventile oder ein oder mehrere Magnetventile, um den Kraftstoff - der normalerweise auf einem konstanten Überdruck gehalten wird - in einen Einlaß einzuspritzen, der sich z. B. vor oder hinter der Drosselklappe befinden kann, oder an der Saugöffnung eines Zylinders, oder der auch die Verbrennungskammer des Motors selbst sein kann.

Zur Steuerung der Einspritzmenge dient ein intermittierendes Einspritzsystem, welches das Einspritzventil jeweils während einer vorgegebenen Zeitspanne öffnet, entsprechend der dem Verbrennungsmotor pro Kurbelwellenumdrehung zugeführten Luftmenge, um z. B. eine bestimmte Luftzahl λ zu erhalten. Wieviel Kraftstoff dabei jeweils eingespritzt wird, ist dann nur eine Funktion der Zeitdauer des elektrischen Impulses, der dem Elektromagneten des Einspritzventils zugeführt wird. Dies gewährleistet eine einfache und sehr genaue Steuerung der Einspritzmenge. Da ferner die verschiedenen Betriebsparameter eines solchen Verbrennungsmotors in elektrische Signale umgeformt werden, welche ihrerseits ausgewertet werden und die Dauer der Impulse bestimmen, die dem Einspritzventil (oder den Einspritzventilen) zugeführt werden, kann ein solches System leicht modifiziert werden, z. B. durch Änderung der internen Programme, und Korrekturparameter können leicht hinzugefügt werden.

Ein derartiges Einspritzventil hat typisch ein Gehäuse, an dessen einspritzseitigem Ende ein Ventilkörper angeordnet ist, ferner einen im Gehäuse fest angeordneten Elektromagneten, sowie eine Ventilnadel, im folgenden auch als Düsennadel bezeichnet, die in einer Führungsausnehmung des Ventilkörpers frei verschiebbar angeordnet und mit einem beweglichen Anker verbunden ist, welch letzterer aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellt ist und durch die Kraft des Elektromagneten bzw. die Kraft einer Rückstellfeder bewegt wird. Ein solches Einspritzventil ist z. B. in der bereits erwähnten DE 30 16 993 A1 dargestellt.

Wird dem Elektromagneten ein Stromimpuls zugeführt, so wird der bewegliche Anker entgegen der Kraft der Rückstellfeder verschoben. Dabei nimmt der bewegliche Anker die Ventilnadel (Düsennadel) mit, und durch eine Einspritzöffnung des Ventilkörpers wird Kraftstoff eingespritzt. Die Einspritzrate wird dabei bestimmt durch die Größe des kreisförmigen Spaltes zwischen dem einspritzseitigen Ende der Düsennadel und der Einspritzöffnung des Ventilkörpers, sowie durch den Einspritzdruck.

Solche Einspritzventile müssen in einem Kraftfahrzeug jahrelang klaglos ihren Dienst tun, und zur Erhöhung der Lebensdauer werden der Ventilkörper und die Düsennadel gewöhnlich aus rostfreiem Stahl hergestellt, z. B. aus Stahl der Qualität SUS 440 C, der abnutzungsbeständig ist, und diese Teile werden wärmebehandelt, um ihre Härte zu erhöhen.

Derartige Magnetventile werden aber auch für andere Aufgaben verwendet: Ein hydraulisches Gerät, z. B. die Steuerung eines automatischen Getriebes, oder die Tiefensteuerung eines Pfluges, verwendet viele hydraulische Steuerventile, meist Magnetventile, da diese leicht zu steuern sind. Solche Steuerventile haben typisch ein Gehäuse, in dem sich ein Elektromagnet und ein Führungsglied befinden, welch letzteres eine Führungsausnehmung aufweist, in der eine Ventilstange verschiebbar angeordnet ist. Diese Ventilstange ist mit einem beweglichen Anker verbunden, der durch den Elektromagneten bzw. eine Rückstellfeder betätigt werden kann. Ist der Elektromagnet nicht erregt, so beaufschlagt die Rückstellfeder die Ventilstange, und diese schließt das Steuerventil. Wird der Elektromagnet erregt, so zieht seine Kraft den beweglichen Anker entgegen der Kraft der Rückstellfeder an, verschiebt die Ventilstange, und öffnet das Steuerventil.

Zur Erhöhung der Lebensdauer eines solchen Steuerventils wird die Ventilstange gewöhnlich aus rostfreiem Stahl hergestellt, z. B. aus den Qualitäten SUS 304 oder SUS 440 C, die korrosions- und abnutzungsbeständig sind. Bei SUS 304 wird ferner eine Oberflächen-Nitrierbehandlung verwendet, und bei SUS 440 C eine Wärmebehandlung zur Oberflächenhärtung, um die Härte der Ventilstange zu erhöhen.

Da rostfreier Stahl vom Typ SUS 304 ein ferromagnetischer Werkstoff ist, wird er durch die Herstellungsschritte gehärtet, und Eisenpartikel bleiben folglich an ihm haften. Ein solches Anhaften von Eisenpartikeln hat aber einen negativen Einfluß auf die Herstellungsgenauigkeit, auf die Dichtigkeitsprüfung, die Einstellung der Durchflußrate, etc. Wird der rostfreie Stahl wärmebehandelt, so nimmt er eine martensitische Struktur an und wird magnetisch. Ferner wird im Betrieb die Düsennadel oder die Ventilstange durch das Magnetfeld des Elektromagneten beeinflußt und magnetisiert, sofern dieses Teil aus einem magnetisierbaren Werkstoff besteht.

Im Betrieb eines solchen Magnetventils können magnetische Partikel auftreten, z. B. durch Reibung zwischen Düsennadel und Ventilkörper, oder durch Reibung zwischen Ventilstange und Ventilführung. Eine solche Reibung entsteht im Betrieb durch die Betätigung der Düsennadel oder der Ventilstange. Ferner kann Eisenstaub bei der Herstellung in ein Kraftstoffeinspritzsystem gelangen und dort verbleiben, oder im Kraftstoff oder der Hydraulikflüssigkeit kann sich Eisenpulver befinden, und dieses Eisenpulver setzt sich dann an den Reibungsstellen fest. Auch kann das Eisenpulver, das sich an den Reibungsstellen befindet, dort abfallen und sich in der Düsenöffnung oder auf dem Ventilsitz festsetzen. Dies beeinträchtigt die Funktion eines derartigen Ventils und verschlechtert die Arbeitsweise einer elektronisch gesteuerten Einspritzanlage oder die hydraulischen Steuereigenschaften eines solchen Ventils. Auch kann solches Eisenpulver den Verschleiß an den Reibungsstellen beschleunigen.

Werden die Teile eines solchen Ventils hartmagnetisch und nehmen eine dauerhafte Magnetisierung an, so bewirkt dies eine Anziehung oder Abstoßung zwischen der Düsennadel und dem Ventilkörper, oder der Ventilstange und der Ventilführung, und dies beeinträchtigt ebenfalls die einwandfreie Funktion eines solchen Ventils und/oder seine Eigenschaften als Stellglied in einer hydraulischen Steuerung.

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, die bekannten Ventile dieser Art zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf einen langen, störungsfreien Betrieb.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Magnetventil nach dem Oberbegriff gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Man verwendet also zumindest für das Ventilglied einen unmagnetischen Stahl, der 7,8 bis 24,5% Mn enthält, und dieses Ventilglied ist an seiner Oberfläche mindestens teilweise durch Plasma-Nitrierung oder durch Ionen-Nitrierung nitriert. Damit hat es folgende Bewandtnis: Wird ein derartiger Stahl durch Einsatzhärtung in der üblichen Weise gehärtet, so muß er hierzu längere Zeit auf einer hohen Temperatur gehalten werden, und sein Gefüge ändert sich dabei von austenitisch nach martensitisch, so daß er magnetisch wird, mit den bereits beschriebenen negativen Folgen. Dagegen wird beim Plasma-Nitrieren und beim Ionen-Nitrieren das Ventilglied in ein Vakuum gebracht, in das ein stickstoff- oder kohlenstoffhaltiges Gas eingebracht wird. Dann wird eine Spannung von ca. 800 V angelegt, um eine Glimmentladung zu bewirken, so daß Stickstoffionen (oder Kohlenstoffionen) mit dem Werkstück kollidieren. Dies wird als Plasmaentladung bezeichnet. Dabei diffundiert der Stickstoff (oder der Kohlenstoff) von der Oberfläche aus in das Werkstück und härtet dieses. Und bei diesem Vorgang braucht die Temperatur des Werkstücks 500°C nicht zu überschreiten. Außerdem läuft der Vorgang rasch ab. Infolgedessen tritt hierbei keine Umwandlung des austenitischen Gefüges in ein martensitisches Gefüge auf, und die unmagnetischen Eigenschaften bleiben deshalb bestehen. Man erhält also ein gehärtetes Ventilglied mit nichtmagnetischen Eigenschaften, d. h. dieses Ventilglied zieht keine Eisenpartikel an. Befinden sich also in einem Magnetventil nach der Erfindung kleine Eisenpartikel, z. B. entstanden durch Reibung bei der Betätigung des Ventilglieds, oder in der Hydraulikflüssigkeit, die vom Ventil gesteuert wird, so können sich diese Eisenpartikel nicht durch magnetische Anziehung am Ventilglied festsetzen. Auch wird so eine Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Ventilglied und dem Führungsglied vermieden, die sonst durch das Magnetfeld des Elektromagneten verursacht werden könnte. All das hat eine entsprechende Leichtgängigkeit des Ventils zur Folge, auch nach längerem Betrieb. Gerade bei Einspritzventilen für die elektronisch gesteuerte Benzineinspritzung ist eine solche Leichtgängigkeit von größtem Wert. Bei den ersten Fahrzeugen, die mit solchen Ventilen ausgerüstet waren, wurden die Einspritzventile im Laufe der Zeit derart schwergängig, daß die Fahrzeuge kaum noch gestartet werden konnten. - Da außerdem die Außenseite des Ventilglieds mindestens bereichsweise nitriert ist, wird die Abnutzung des Ventilglieds - und damit die Entstehung von Eisenpartikeln - sehr stark reduziert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der magnetische Kreis des Elektromagneten durch das Ventilglied nicht gestört wird. Dies bewirkt eine Konzentration des magnetischen Feldes im Bereich des beweglichen Ankers, so daß die Kraft auf diesen Anker erhöht wird und die Ansprechzeit eines solchen Ventils entsprechend verkürzt wird.

Durch die Erfindung erhält man also wesentliche Vorteile:

Ein Ventil nach der Erfindung ist leichtgängig und hat eine gute Beständigkeit gegen Korrosion und Abnutzung.

Das Anhaften von kleinen Eisenpartikeln am Ventilglied wird vermieden, und das vom Elektromagneten erzeugte Magnetfeld wird nicht ungünstig beeinflußt, sondern wirkt hauptsächlich auf den beweglichen Anker.

Ein solches Magnetventil eignet sich deshalb besonders gut für die elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzung und ändert seine Eigenschaften auch nach längerer Betriebsdauer nur wenig.

Ebenso eignet sich ein solches Magnetventil auch als Steuerventil in hydraulischen Geräten, z. B. automatischen Getrieben, ABS, etc., um das Öffnen/Schließen von Durchlässen zu steuern und dabei eine leichte Gängigkeit zu erreichen.

Bevorzugt wird dabei ein solches Magnetventil gemäß Anspruch 2 ausgebildet, da hierbei die erwähnten Vorteile auch beim Führungsglied zum Tragen kommen.

Mit besonderem Vorteil wird das Magnetventil gemäß Anspruch 3 ausgebildet, da man auf diese Weise ein besonders abnutzungsbeständiges Ventil erhält.

Ein erfindungsgemäßes Ventil eignet sich, wie bereits erwähnt, besonders gut für die Verwendung gemäß Anspruch 4, da seine Betriebseigenschaften über lange Zeit im wesentlichen konstant bleiben und es einer geringen Abnutzung unterliegt.

Ein erfindungsgemäßes Ventil eignet sich aber auch sehr gut für die Verwendung gemäß Anspruch 5, wie das ebenfalls bereits erläutert wurde.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Magnetventil nach einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; dieses Ventil ist ein Einspritzventil zur Verwendung bei einem Verbrennungsmotor,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Magnetventil nach einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das als Steuerventil in einer hydraulischen Steuerschaltung Anwendung findet, um den Durchstrom von Hydrauliköl zu steuern, und

Fig. 3 ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen der Ziehbarkeit einer Stange und ihrer magnetischen Permeabilität zeigt, und zwar bei einem Teil aus unmagnetischem Stahl, das als Ventilglied für die Magnetventile nach Fig. 1 und 2 Verwendung findet.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil, welches die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils darstellt. Ein Ventilkörper 5, der als Führungsglied dient, ist über einen Anschlag 3 am einspritzseitigen Ende eines Gehäuses 2 befestigt, welches die äußere Hülle eines Einspritzventils 1 bildet. Der Ventilkörper 5 ist mittels eines Dichtungsglieds 4 flüssigkeitsdicht am Gehäuse 2 befestigt. Ferner ist eine Kappe 6 am einspritzseitigen Ende des Ventilkörpers 5 befestigt. Eine Spule 10 mit einer auf sie aufgewickelten Wicklung 9 ist im Gehäuse 2 angeordnet und dort durch zwei Dichtungen 7 und 8 abgedichtet. Am rückwärtigen, also von der Einspritzseite abgewandten Ende des Gehäuses 2 befindet sich ein Halter 11, der aus weichmagnetischem Werkstoff hergestellt ist. Das einspritzseitige Ende 11a des Halters 11 befindet sich im Gehäuse 2 in einer zentralen durchgehenden Ausnehmung des Spulenkörpers 10 und ist dort durch ein Dichtglied 12 abgedichtet. Der Mittelabschnitt 11b des Halters 11 ist fest in eine Öffnung am rückwärtigen Ende des Gehäuses 2 eingebördelt, und das rückwärtige Ende 11c des Halters 11 ragt aus dem rückwärtigen Ende des Gehäuses 2 nach außen und wird über eine Dichtung 13 mit einem (nicht dargestellten) Kraftstoffschlauch verbunden, durch den dem Ventil 1 Kraftstoff zugeführt wird.

Ein Kraftstoffdurchlaß 11d erstreckt sich längs der Längsachse des Halters 11, und etwa in der Mitte dieses Durchlasses 11d ist ein zylindrischer Anschlag 14 fest angeordnet. Ferner ist am Mittelabschnitt 11b des Halters 11 eine Steckverbindung 15 befestigt, die in üblicher Weise mit den Anschlüssen der Wicklung 9 elektrisch verbunden ist. Diese Steckverbindung 15 wird im Betrieb mit der (nicht dargestellten) Treiberschaltung einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verbunden.

Ein beweglicher Anker 20 weist längs seiner Längsachse einen Kraftstoffdurchlaß 20a auf und ist aus weichmagnetischem Werkstoff hergestellt. Der bewegliche Anker 20 ist im Gehäuse 2 zwischen dem Anschlag 3 und der Spule 10 längsverschieblich angeordnet. Sein einspritzseitiges Ende befindet sich in einer Ausnehmung 2a des Gehäuses 2, und sein anderes Ende ist so ausgebildet, daß es in eine Öffnung der Mittelausnehmung des Spulenkörpers 10 verschoben werden kann. Eine Rückstellfeder 21 ist mit Vorspannung zwischen dem rückwärtigen Ende des beweglichen Ankers 20 und der einspritzseitigen Stirnseite des im Halter 11 befestigten Anschlags 14 angeordnet. Eine Düsennadel 22 ist verschiebbar in einer Führungsausnehmung 5a angeordnet, welch letztere sich längs der Längsachse des Ventilkörpers erstreckt. Die Düsennadel hat ein einspritzseitiges Ende 22a, welches eine Einspritzöffnung 5b im einspritzseitigen Ende des Ventilkörpers 5 mit einem kleinen Spalt durchdringt und welches auch eine Einspritzöffnung 6a der Kappe 6 mit Spiel durchdringt. Eine Stirnfläche 22b der Düsennadel 22 liegt an gegen einen Ventilsitz 5c des Ventilkörpers 5. Ein Mittelabschnitt 22c der Düsennadel 22 hat einen etwas kleineren Durchmesser als die Führungsausnehmung 5a des Ventilkörpers 5. An den beiden Enden dieses Mittelabschnitts 22c befinden sich Abschnitte 22d und 22e größeren Durchmessers, und diese beiden Abschnitte sind verschiebbar in der Führungsausnehmung 5a des Ventilkörpers 5 angeordnet. Bei diesen Abschnitten 22d und 22e ist, wie dargestellt, jeweils die Umfangsfläche mit vier gleichen Abflachungen versehen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken. Diese Abflachungen dienen als Kraftstoffdurchlässe, d. h. zwischen jeder Abflachung der Abschnitte 22d und 22e sowie der Innenwand der Führungsausnehmung 5a des Führungskörpers 5 kann im Betrieb Kraftstoff durchströmen.

Ein rückwärtiges Ende 22f der Düsennadel 22 durchdringt mit Spiel eine Ausnehmung 3a des Anschlags 3 und erstreckt sich zum beweglichen Anker 20 und ist in einer Ausnehmung dieses beweglichen Ankers in der dargestellten Weise befestigt. In das rückwärtige Ende 22f der Düsennadel 22 ist eine Ausnehmung 22g gebohrt, und die Öffnung dieser Ausnehmung 22g steht in Verbindung mit dem Kraftstoffdurchlaß 20a des beweglichen Kolbens 20 und steht über mehrere Löcher 22h, die in der Seitenwand des rückwärtigen Endes 22f in der Nähe des Bodens der Ausnehmung 22g ausgebildet sind, mit der Außenseite der Düsennadel 22 in Verbindung.

Der Ventilkörper 5 und die Düsennadel 22 sind aus einem unmagnetischen Stahl hergestellt, welcher korrosions- und abriebbeständig ist. Die Tabelle 1 gibt die chemischen Zusammensetzungen von unmagnetischen Stählen an, die hier bevorzugt verwendet werden.

Zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit solcher unmagnetischen Stähle, ohne diese dabei magnetisch zu machen, werden diese Stähle einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt, um ihre Oberflächen zu härten. Es gibt verschiedene Arten von Oberflächenbehandlungen, darunter Ionen-Kohlenstoff-Nitrierung, Ionen-Nitrierung, Gasnitrierung, Plasma-Kohlenstoff-Nitrierung, Plasma-Nitrierung und Salzbadnitrierung (Tenifer-Verfahren).

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der Stahl PCD 18 gemäß der Tabelle 1 als Stahl für den Ventilkörper 5 und die Düsennadel 22 verwendet, und das Ionen-Kohlenstoff-Nitrierverfahren wird als Oberflächenbehandlung verwendet. Fig. 3 zeigt die magnetischen Eigenschaften des Stahls PCD 18. Aus dem Zusammenhang zwischen der Ziehbarkeit einer Stange und der magnetischen Permeabilität ergibt sich, daß der Ventilkörper 5 und die Düsennadel 22, die beide aus dem Stahl PCD 18 hergestellt werden, durch die Herstellungsschritte nicht wesentlich magnetisiert werden können.

Tabelle 1

Da dieser unmagnetische Stahl PCD 18 Mangan (Mn) und Chrom (Cr) enthält, ist er hart und sehr abnutzungsbeständig. Wird der Stahl PCD 18 als Draht gezogen, um eine Härtung durch Bearbeitung zu bewirken, so wird seine mechanische Festigkeit weiter erhöht. Wird die Oberfläche eines solchen Stahls einer Ionen-Kohlenstoff-Nitrierbehandlung unterzogen, so erhält man eine gute Kohlenstoff-Nitrierschicht wegen der Bestandteile N und C, und dadurch wird die Abnutzungsbeständigkeit weiter erhöht, aber ein stabiler unmagnetischer Zustand erhalten. Da ferner ein solcher Stahl große Mengen Cr und Ni enthält, hat er eine signifikant hohe Korrosionsbeständigkeit. Ferner sind, wegen der chemischen Zusammensetzung dieses Stahls, wie sie in Tabelle 1 dargestellt ist, die Kosten dieses Werkstoffs nicht so hoch.

Die anderen Bestandteile des Einspritzventils 1, also das Gehäuse 2, der Halter 11 und der bewegliche Anker 20, werden aus demselben Werkstoff hergestellt wie bei bekannten Einspritzventilen.

Arbeitsweise des Einspritzventils nach Fig. 1

Wird die Spule 9 stromlos gemacht, so drückt die Rückstellfeder 21 den beweglichen Anker 20 vom Spulenkörper 10 weg, wie das Fig. 1 zeigt. Dies verschiebt die Düsennadel 22 in Richtung zur Einspritzseite, so daß ihre Schließfläche 22b gegen den Ventilsitz 5c des Ventilkörpers 5 gepreßt wird, wodurch die Einspritzöffnung 5b verschlossen wird. Das Einspritzventil 1 ist also in diesem Zustand geschlossen, und es wird kein Kraftstoff eingespritzt.

Wie bereits erläutert wurde, wird im Betrieb über einen (nicht dargestellten) Anschlußschlauch unter Druck stehender Kraftstoff dem Kraftstoffdurchlaß 11d des Halters zugeführt, und dieser Kraftstoff wird über die oben erläuterten Durchlässe 20a, 22g, 22h, 3a sowie die Abflachungen der Teile 22d, 22e einem Kraftstoffraum 23 am einspritzseitigen Ende des Ventilkörpers 5 zugeführt, so daß dort unter Druck stehender Kraftstoff vorhanden ist.

Wird die Spule 9 durch die Treiberschaltung der elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung erregt, so wird der bewegliche Anker 20 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 21 durch den Elektromagneten 9, 11 angezogen, so daß das rückwärtige Ende des beweglichen Ankers 20 in den Spulenkörper 10 hineingezogen wird. Bei dieser Verschiebung verschiebt sich die Düsennadel 22 nach rechts, bezogen auf Fig. 1, bis ihre Verbreiterung 22i, die sich zwischen dem Teil 22e und den radialen Öffnungen 22h befindet, gegen den Anschlag 3 zur Anlage kommt und dadurch angehalten wird. Dadurch wird die Schließfläche 22b der Düsennadel 22 vom Ventilsitz 5c abgehoben und öffnet die Einspritzöffnung 5b. Infolgedessen wird der Kraftstoff im Kraftstoffraum 23 durch die Einspritzöffnung 5b in einen entsprechenden Raum des zugeordneten Verbrennungsmotors injiziert.

Da der Ventilkörper 5 und die Düsennadel 22 aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt sind, werden sie bei Erregung der Spule 9 nicht durch diese magnetisiert und haben auch kein magnetisches Restfeld. Infolgedessen tritt auch, wie bereits eingangs ausführlich erläutert wurde, keine Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Ventilkörper 5 und der Düsennadel 22 auf, so daß die Bedienung der Düsennadel 22 leichtgängig ist. Außerdem wird das von der Spule 9 erzeugte Magnetfeld bzw. dessen magnetischer Kreis nicht durch den Ventilkörper 5 oder die Düsennadel 22 beeinträchtigt, da beide aus unmagnetischem Werkstoff bestehen. Das magnetische Feld der Spule 9 konzentriert sich also auf den beweglichen Anker 20, so daß ein solches Ventil sehr rasch und sicher anspricht.

Da ferner Ventilkörper 5 und Düsennadel 22 aus einem Stahl hergestellt sind, der sehr korrosions- und abnutzungsbeständig ist, und da sie außerdem mit einem Kohlenstoff-Nitrier-Verfahren behandelt sind, ist ihre Abnutzung unbedeutend und sehr gering, und die Erzeugung von Eisenstaub durch die Betätigung der Düsennadel 22 entfällt weitgehend. Dies erhöht bzw. bewahrt die Leichtgängigkeit des Einspritzventils 1 und gewährleistet eine sichere Einspritzung während der gesamten Lebensdauer eines solchen Ventils.

Das vorstehende erste Ausführungsbeispiel wurde für den Fall beschrieben, daß sowohl der Ventilkörper 5 wie die Ventilnadel 22 aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt sind. Die Erfindung ist aber hierauf nicht beschränkt. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, nur die Ventilnadel (Düsennadel) aus unmagnetischem Werkstoff herzustellen. Ferner wird nach dem ersten Ausführungsbeispiel die Düsennadel 22, deren einspritzseitiges Ende - wie dargestellt - so ausgebildet ist, daß es aus dem Einspritzloch 6a herausragt, als das Ventilglied des Einspritzventils verwendet. Jedoch kann derselbe Effekt auch erreicht werden, wenn das Ventilglied an seinem einspritzseitigen Ende kugelig ausgebildet ist oder die Form einer kreisförmigen Platte hat.

Anhand der Fig. 2 wird nun das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil 31, welches in einer hydraulischen Vorrichtung 46, z. B. einem automatischen Getriebe, montiert wird, um das Durchströmen des Hydrauliköls zu steuern.

Das Steuerventil 31 hat eine Ventilführung 33, die als Führungsglied dient, ferner einen Spulenkörper 36, auf den eine Spule 35 aufgewickelt ist, und eine Platte 34, die Teil des magnetischen Kreises ist. Bezogen auf Fig. 2 sind in einem Gehäuse 32, das die äußere Hülle des Steuerventils 31 bildet, von unten nach oben angeordnet: Das Ventilführungsglied 33; die Platte 34; der Spulenkörper 36 mit der Spule 35 und schließlich zuoberst ein Abdeckglied 37, das in einer Ausnehmung 32a des Gehäuses 32 liegt und dort flüssigkeitsdicht festgebördelt bzw. festgestemmt ist, wie das Fig. 2 zeigt.

Das Abdeckglied 37, das - ebenso wie das Gehäuse 32 - Teil des magnetischen Kreises des Elektromagneten ist, hat in seiner Mitte eine Ausnehmung 37a, und dort ist das eine Ende eines feststehenden Ankers 38 befestigt, dessen anderes Ende wie dargestellt in die Mittelausnehmung des Spulenkörpers 36 ragt. Der feststehende Anker 38 ist, wie bereits erläutert, über das Abdeckglied 37 magnetisch mit dem Gehäuse 32 verbunden und besteht aus weichmagnetischem Werkstoff.

Ein beweglicher Anker 39, der ebenfalls aus weichmagnetischem Werkstoff besteht, ist im Gehäuse 32 zwischen der Ventilführung 33 und dem feststehenden Anker 38 angeordnet und kann, bezogen auf Fig. 2, nach oben in den Spulenkörper 36 hineinverschoben werden. Eine Rückstellfeder 40 ist mit Vorspannung zwischen dem feststehenden Anker 38 und einem Distanzstück 39b angeordnet, das sich auf der in Fig. 2 oberen Seite des beweglichen Ankers 39 befindet. Eine Ventilstange 41, die als Ventilglied bzw. Schließglied dient, ist in einer Führungsausnehmung 33a der Ventilführung 33 verschiebbar angeordnet. Ihr oberes Ende ist in einer Ausnehmung 39a des beweglichen Ankers 39 in der dargestellten Weise befestigt. Ihre untere Stirnfläche 41a wird, wenn die Spule 35 nicht erregt ist, durch die Kraft der Rückstellfeder 40 auf einen Ventilsitz 42b oberhalb einer Ausnehmung 42a gepreßt. Ventilsitz 42b und Ausnehmung 42a sind in einer Platte 42 ausgebildet, welche flüssigkeitsdicht in der dargestellten Weise in der unteren Öffnung 32b des Gehäuses 32 befestigt ist. In der Seitenwand des Gehäuses 32 und in dessen unterem Teil (wie immer bezogen auf Fig. 2) sind seitliche Ausnehmungen 32c vorgesehen, durch die Hydraulikflüssigkeit hindurchströmen kann.

An der Oberseite des Gehäuses 32 und im Bereich von dessen oberer Ausnehmung 32a ist an der Gehäuse-Seitenwand ein Steckverbinder 43 befestigt und mit den entsprechenden Anschlüssen der Spule 35 verbunden. Dieser Steckverbinder 43 wird mit der (nicht dargestellten) Treiberschaltung einer entsprechenden Steuerschaltung verbunden.

Die Ventilstange 41 ist aus einem unmagnetischen Stahl ausgebildet, der korrosions- und abriebbeständig ist. Hierfür eignen sich besonders die in Tabelle 1 dargestellten Stahlsorten.

Um die Abriebbeständigkeit dieser Stahlsorten zu erhöhen, ohne sie magnetisch zu machen, werden sie einer härtenden Oberflächenbehandlung unterzogen. Es gibt verschiedene Arten von Oberflächenbehandlung wie Kohlenstoff-Nitrierung, Ionen-Nitrierung, Gasnitrierung, Plasma-Kohlenstoff-Nitrierung, Plasma-Nitrierung und Salzbadnitrierung (Tenifer-Verfahren).

Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird der Stahl PCD 18 gemäß Tabelle 1 für die Ventilstange 41 verwendet, ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, und als Oberflächenbehandlung wird das Ionen-Nitrier-Verfahren verwendet.

Das so aufgebaute Magnetventil 31 wird über eine Dichtung 45 und mittels einer Überwurfmutter am hydraulischen Gerät 46 befestigt. Die untere Öffnung 32b des Ventilgehäuses 32 steht dann in Flüssigkeitsverbindung mit einem Druckmitteldurchlaß 46a des hydraulischen Geräts 46. Die seitlichen Durchlässe 32c des Gehäuses 32 stehen in Verbindung mit einem - nicht dargestellten - Druckmitteldurchlaß des hydraulischen Geräts 46 und bilden damit ein hydraulisches Steuersystem.

Arbeitsweise von Fig. 2

Wird die Spule 35 stromlos gemacht, so drückt die Rückstellfeder 40 den beweglichen Anker 39 von der Spule 36 weg, wie das Fig. 2 zeigt. Dies drückt die Ventilstange 41 nach unten, so daß ihre Schließfläche 41a gegen den Ventilsitz 42b gepreßt wird und dadurch die Ausnehmung 42a verschließt, wie das Fig. 2 zeigt. Dies bringt das Steuerventil 31 in seinen geschlossenen Zustand. Der Ventilöffnungsdruck für das Steuerventil 31 wird eingestellt durch die Vorspannkraft der Rückstellfeder 40.

Wird die Spule 35 durch die zugeordnete Treiberschaltung erregt, so wird der bewegliche Anker 39 durch die Kraft des Elektromagneten 35, 38 und entgegen der Kraft der Feder 40 nach oben und in den Spulenkörper 36 hineingezogen. Danach kommt die Oberseite des beweglichen Ankers 39, bzw. die dort befindliche Beilagescheibe 39b, in Anlage gegen die untere Stirnfläche des feststehenden Ankers 38. (Die Rückstellfeder 40 befindet sich dann, wie dargestellt, in einer Ausnehmung des feststehenden Ankers 38.) Dabei entfernt sich die untere Stirnfläche 41a der Ventilstange 41 vom Ventilsitz 42b und öffnet dadurch das Steuerventil 31. Infolgedessen steht nun der Durchlaß 46a des hydraulischen Geräts 46 in Verbindung mit den seitlichen Öffnungen 32c und den sich hieran anschließenden Druckmittelverbindungen. Deshalb kann nun Hydraulikflüssigkeit vom Durchlaß 46a durch das Steuerventil 31 zu den seitlichen Öffnungen 32c und von dort weiter strömen. Wird die Spule 35 wieder stromlos gemacht, so wird der bewegliche Anker 39 durch die Kraft der Rückstellfeder 40 wieder nach unten gedrückt, und die Ventilstange 41 verschließt wieder die Ausnehmung 42a.

Da die Ventilstange 41 aus einem unmagnetischen Werkstoff hergestellt ist, wie das bereits weiter oben erläutert wurde, wird sie durch das Magnetfeld der Spule 35 nicht magnetisiert und hat auch kein remanentes Magnetfeld. Da ferner der Stahl der Magnetstange 41 eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Korrosion und Abnutzung aufweist, ist ihre Abnutzung nur minimal, und es entsteht an ihr praktisch kein Abrieb in Form von Eisenpulver, wenn sie betätigt wird. Dadurch wird verhindert, daß Eisenpulver, das durch die Betätigung der Ventilstange 41 erzeugt wird oder das sich in der Hydraulikflüssigkeit befindet, von der Ventilstange 41 angezogen wird und sich an deren Gleitflächen oder an deren Stirnfläche 41a festsetzt. Deshalb wird ein dichtes Schließen zwischen der Ventilstange 41 und dem Ventilsitz 42b gewährleistet, und die Betätigung der Ventilstange 41 bleibt auf Dauer leichtgängig. Dies verbessert die Steuereigenschaften des betreffenden hydraulischen Geräts.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird nur die Ventilstange 41 aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt. Wird auch die Ventilführung 33, die die Ventilstange 41 führt, aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt, so kann sich Eisenstaub auch nicht an den Gleitflächen der Ventilführung 33 ansetzen, und die Ventilstange 41 läßt sich leichtgängiger und sicherer betätigen.

Ein Steuerventil nach dem zweiten Ausführungsbeispiel kann z. B. in dem hydraulischen Gerät eines Kraftfahrzeugs montiert werden, z. B. in der Steuerung eines automatischen Getriebes, einem ABS-System, einer Servolenkung, oder in einer Steuerung für die Veränderung der Federcharakteristik eines Fahrzeugs oder einer Anordnung vom Typ Niveaulift (Anpassung der Bodenfreiheit an die Fahrzeugbelastung), oder auch in sonstigen hydraulischen Steuerungen für industrielle Maschinen und Geräte.

Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung für den Fachmann vielfache weitere Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Die Zusammensetzung der beiden rostfreien Stähle SUS 304 und SUS 440 C ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle 2.

Tabelle 2

Claims (5)

1. Magnetventil zum Steuern eines Druckmitteldurchlasses (5b; 42a), mit einem Gehäuse (2; 32),
einem in diesem Gehäuse (2; 32) angeordneten Elektromagneten (9, 11; 35, 38),
einem in diesem Gehäuse angeordneten, mit einer Führungsausnehmung (5a; 33a) versehenen Führungsglied (5; 33),
einem zwischen dem Elektromagneten (9, 11; 35, 38) und dem Führungsglied (5; 33) angeordneten beweglichen Anker (20; 39), aus weichmagnetischem Werkstoff, der vom Elektromagneten betätigbar ist,
und mit einem in der Führungsausnehmung (5a; 33a) des Führungsglieds (5; 33) verschiebbar angeordneten und mit dem beweglichen Anker (20; 39) verbundenen Ventilglied (22; 41) aus unmagnetischem Werkstoff zum Öffnen oder Schließen des Druckmitteldurchlasses (5b; 42a) entsprechend dem Erregungszustand des Elektromagneten,
dadurch gekennzeichnet, daß der unmagnetische Werkstoff des Ventilglieds (22; 41) ein 7,8 . . . 24,5% Mangan enthaltender Stahl ist und die Oberfläche des Ventilglieds mindestens teilweise durch Plasma-Nitrierung oder durch Ionen-Nitrierung nitriert ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Führungsglied (5) wie das Ventilglied (22) aus einem unmagnetischen, 7,8 . . . 24,5% Mangan enthaltenden Stahl ausgebildet sind.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied auf seiner Außenseite mindestens teilweise durch Plasma-Kohlenstoff-Nitrierung oder durch Ionen-Kohlenstoff- Nitrierung nitriert ist.

4. Verwendung eines Magnetventils nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche als Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Einlaß eines Verbrennungsmotors, wobei der Druckmitteldurchlaß (5b) zum Durchlaß von Kraftstoff und zur Zufuhr von Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor ausgebildet ist.

5. Verwendung eines Magnetventils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 als Steuerventil zum Öffnen oder zum Schließen eines Durchlasses (42a) und damit zur Steuerung eines Druckmittelstromes in einem hydraulischen Gerät (46).