EP2097913B1 - Verfahren zur herstellung eines festen magnetkreisbauteils - Google Patents

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EP2097913B1
EP2097913B1 EP07820538.2A EP07820538A EP2097913B1 EP 2097913 B1 EP2097913 B1 EP 2097913B1 EP 07820538 A EP07820538 A EP 07820538A EP 2097913 B1 EP2097913 B1 EP 2097913B1
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EP
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main body
magnetic circuit
magnetic
heat treatment
circuit component
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EP07820538.2A
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Max Seitter
Stefan Oetinger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • Y10T29/49169—Assembling electrical component directly to terminal or elongated conductor

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a fixed magnetic circuit component according to the preamble of the main claim.
  • FIG. 1 a known fuel injection valve of the prior art is shown, which has a classic three-part construction of an inner metal flow guide member and at the same time housing component.
  • This inner valve tube is formed from an inlet port forming an inner pole, a nonmagnetic intermediate part and a valve seat carrier receiving a valve seat, and in the description FIG. 1 explained in more detail.
  • a valve housing produced in this way can be used, for example, in magnetic valves for anti-lock braking systems (ABS) of motor vehicles.
  • the methods are characterized by providing, directly or through previous conversion processes, a one-piece sleeve-shaped magnetic martensitic workpiece which undergoes a local heat treatment in a central portion of the magnetic martensitic workpiece to convert that middle portion into a non-magnetic, austenitic center portion , Alternatively, in the local heat treatment by laser, molten austenite-forming elements are added to the site of the heat treatment to form a nonmagnetic austenitic central portion of the solid core.
  • a method for producing a fixed magnetic circuit component for an electromagnetically operable valve is already known, wherein the magnetic circuit component has at least two zones and in each case two immediately following zones have different magnetic properties.
  • a cup-shaped base of a magnetic or magnetizable material is provided.
  • a complete first heat treatment of the body is made, followed by a local second heat treatment of the body to form a portion with a structure of martensite and retained austenite in the otherwise martensitic body.
  • the base body thus treated is finally installed as a magnetic circuit component in a magnetic circuit of an electromagnetically actuated valve.
  • a magnetic separation point is present within the otherwise martensitic cup-shaped basic body over the entire thickness of the thin-walled base body around which the magnetic field lines of the magnetic circuit are led in order to attract a magnetic armature against a fixed inner pole when a magnetic coil is energized.
  • the cup-shaped base body is a stationary valve component part of the fixed outer magnetic circuit.
  • the inventive method for producing a fixed magnetic circuit component with the characterizing features of the main claim has the advantage that in a very simple and cost-effective manner housing with a magnetic separation or magnetic circuit components with locally adjusted magnetic properties, especially in edge layers mass produced reliably.
  • FIG. 1 a fuel injection valve according to the prior art with a three-piece inner metal valve tube as a housing
  • FIGS. 2 to 7 FIG. 2 schematically shows method steps of a known method for producing a fixed magnetic circuit component in the form of a tubular housing
  • FIG. FIG. 8 a schematic section of an injection valve with such a case
  • FIGS. 9 to 13 schematically process steps of the method according to the invention for the production of a fixed magnetic circuit component in the form of an anchor bolt
  • FIG. 14 a schematic section of a magnetic circuit in Tauchankeraus entry with an anchor bolt made according to the invention
  • FIG. 15 a schematic section of a magnetic circuit in Flachankeraus arrangement with an anchor plate produced according to the invention.
  • FIGS. 2 to 15 Before using the FIGS. 2 to 15 the method steps of the method for producing a fixed magnetic circuit component will be described with reference to FIG. 1 a fuel injection valve of the prior art as a possible input product for a magnetic circuit component produced according to the invention will be explained in more detail.
  • electromagnetically operable valve in the form of an injector for fuel injection systems of mixture-compressing spark-ignition internal combustion engines has a surrounded by a magnetic coil 1, serving as a fuel inlet nozzle and inner pole tubular core 2, for example, has over its entire length a constant outer diameter.
  • a coil body 3 stepped in the radial direction accommodates a winding of the magnet coil 1 and, in conjunction with the core 2, enables a compact construction of the injection valve in the region of the magnet coil 1.
  • a lower core end 9 of the core 2 is concentric with a valve longitudinal axis 10 tightly connected to a tubular metal non-magnetic intermediate part 12 by welding and surrounds the core end 9 partially axially.
  • a tubular valve seat support 16 Downstream of the bobbin 3 and the intermediate part 12 extends a tubular valve seat support 16 which is fixedly connected to the intermediate part 12.
  • an axially movable valve needle 18 is arranged in the valve seat carrier 16.
  • a spherical valve closing body 24 is provided, on whose circumference, for example, five flats 25 are provided for flowing past the fuel.
  • the actuation of the injection valve takes place in a known manner electromagnetically.
  • the electromagnetic circuit is used with the solenoid 1, the core 2 and an armature 27.
  • the tubular armature 27 is facing away with a valve closing body 24
  • End of the valve needle 18 firmly connected by, for example, a weld and aligned with the core 2.
  • the core 2 opposite end of the valve seat carrier 16 is a cylindrical valve seat body 29 having a fixed valve seat 30, mounted by welding tight.
  • the spherical valve closing body 24 of the valve needle 18 cooperates with the valve seat 30 of the valve seat body 29, which tapers frustoconically in the flow direction.
  • At its lower end face of the valve seat body 29 with an example cup-shaped spray orifice plate 34 is solid and tight by a z. B. connected by means of a laser weld.
  • In the spray perforated disk 34 at least one, for example, four ejection openings 39 formed by eroding or punching are provided.
  • the magnetic coil 1 of at least one, for example, designed as a bracket and serving as a ferromagnetic element guide element Surrounded surrounding the solenoid coil 1 in the circumferential direction at least partially and with its one end to the core 2 and its other end rests against the valve seat carrier 16 and with these z. B. is connected by welding, soldering or gluing.
  • valve tube is the classic three-part structure of a housing for an electromagnetically actuated unit, such as a valve, with two ferromagnetic or magnetizable housing portions, which is effective for effective guidance of the magnetic circuit lines in the region of the armature 27 by means of a non-magnetic intermediate part 12 separated from each other or at least connected to each other via a magnetic throttle.
  • the injection valve is largely surrounded by a plastic extrusion coating 51, which extends from the core 2 in the axial direction via the magnetic coil 1 and the at least one guide element 45 to the valve seat carrier 16, wherein the at least one guide element 45 is completely covered axially and in the circumferential direction.
  • a mitangespritzter electrical connector 52 belongs to this plastic extrusion 51.
  • FIGS. 2 to 7 schematically indicated process steps of not covered by the scope of the method for producing a fixed magnetic circuit component, it is possible in an advantageous manner, particularly simple and inexpensive thin-walled housing 66 for a variety of purposes, including preferably produce electromagnetically operable valves that can replace a three-piece valve tube described above.
  • an example cylindrical base body 55 is provided from which the housing 66 is to be made and which consists of a magnetic or magnetizable material and is eg ferromagnetic or ferritic or has a martensitic material structure.
  • the main body 55 may initially be solid and, for example, be obtained for a particularly effective production of many cases 66 of long bar material.
  • the material of the main body 55 is in any case a steel which forms residual austenite and martensite due to its alloy composition. Alloy elements in the material are the austenite-stabilizing elements C, N, Ni and Mn.
  • the base body 55 is completely subjected to a heat treatment, which can be carried out in ovens 56 by hardening, freezing in freezers and / or by tempering once or several times ( FIG. 3 ).
  • a heat treatment can be carried out in ovens 56 by hardening, freezing in freezers and / or by tempering once or several times ( FIG. 3 ).
  • the microstructure can also consist of retained austenite parts, which are converted into martensite by the subsequent heat treatment steps.
  • the microstructure may also consist of ferrite with embedded particles such as carbides, nitrides or intermetallic compounds.
  • the heat treatment takes place in such a way that a completely magnetic martensitic material structure is formed in the main body 55 ( FIG. 4 ).
  • a further heat treatment is performed, which, however, is carried out only locally limited.
  • a partial area of the main body 55 is exposed to a short-time heat treatment by means of laser or induction heating 57 (FIG. FIG. 5 ).
  • the material of the base body 55 is locally austenitized and homogenized in the portion of the second heat treatment and consists after cooling of the body 55 or the self-quenching by the surrounding material of martensitic areas 58 and the subarea 59 with martensite and retained austenite ( FIG. 6 ).
  • the main body 55 now consists of zones with different structures and magnetic properties.
  • the base body 55 is subsequently finished so that a solid housing 66 is present as a magnetic circuit component in a desired geometry.
  • a housing 66 produced according to the invention in a fuel injection valve, it may be advantageous to mold the housing 66 specifically by manufacturing measures such as stretching, rolling, swaging, crimping and / or Auftulpen.
  • the housing 66 is a component which, in a known fuel injection valve according to FIG. 1 the sum of the functions of the valve tube consisting of the core 2, intermediate part 12 and valve seat carrier 16 can completely take over and thus extends, for example, over the entire axial length of a fuel injection valve.
  • the massive body 55 is brought by manufacturing measures, for example in a tubular sleeve shape.
  • the massive body 55 can either before or only after the local heat treatment with an inner longitudinal opening 60 to form the tubular housing 66 are provided ( FIG. 7 ).
  • FIG. 8 shows a schematic section of a fuel injector with a housing 66 produced according to the invention, which is installed as a thin-walled sleeve in the valve and thereby surrounds the core 2 and the armature 27 radially and circumferentially and is itself surrounded by the magnetic coil 1. It is clear that the changed in its magnetic properties and martensitic and rest austenitic portion 59 of the housing 66 in the axial extension of a working air gap 70 between the core 2 and the armature 27 is to guide the magnetic circuit lines optimally and effectively in the magnetic circuit. Instead of in FIG.
  • the outer magnetic circuit component is designed for example as a magnetic pot 46, wherein the magnetic circuit between the magnetic pot 46 and the housing 66 is closed by a cover member 47.
  • the inventive method also makes it possible to locally change housing 66 with larger wall thicknesses in their magnetic properties, so that a higher internal pressure resistance while still minimizing the magnetically active area is ensured in favor of the magnetic force.
  • FIGS. 9 to 13 schematically show process steps of the inventive method for producing a fixed magnetic circuit component in the form of an anchor bolt 66 '.
  • the manufacture of the anchor bolt 66 ' takes place in a manner comparable to the previously described production of the housing 66 according to FIG FIG. 7 .
  • a first process step for example, a thin cylindrical base body 55 'is provided, from which the anchor bolt 66' is to be manufactured and which consists of a magnetic or magnetizable material and is eg ferromagnetic or ferritic or has a martensitic material structure.
  • the main body 55 ' can be obtained, for example, for a particularly effective production of many anchor bolts 66' of long bar material.
  • the material of the main body 55 ' is in any case a steel which forms retained austenite and martensite due to its alloy composition. Alloy elements in the material are the austenite-stabilizing elements C, N, Ni and Mn.
  • the microstructure can also consist of retained austenite parts, which are converted into martensite by the subsequent heat treatment steps.
  • the microstructure may also consist of ferrite with embedded particles such as carbides, nitrides or intermetallic compounds.
  • the heat treatment takes place in such a way that a completely magnetic martensitic material structure is formed in the main body 55 '( FIG. 11 ).
  • a further heat treatment is performed, which is to lead exclusively to the surface in the edge regions of the base body 55 'to a change in the magnetic properties.
  • the surface of the main body 55 ' is subjected to a short-time heat treatment by means of laser or induction heating 57 ( FIG. 12 ).
  • the material of the base body 55 ' is austenitized locally on the surface and homogenized and consists after cooling of the body 55' and the self-quenching by the surrounding material of an inner martensitic region 58 'and an outer edge region 59' with martensite and Retained austenite ( FIG. 13 ).
  • the main body 55 'or the anchor bolt 66' now consists of zones with different structures and magnetic properties.
  • FIG. 14 shows a schematic section of a magnetic circuit in Tauchankeraus operation with an anchor bolt 66 'produced according to the invention, which dives through a magnet coil 1 enveloping magnetic pot 46 and is movable there.
  • the dynamics and the magnetic force of the solenoid valve can be improved with an anchor bolt 66 'in which the outer edge region 59' has retained austenite components. Coating processes, such as carbonitriding, can be dispensed with.
  • FIG. 15 2 shows a schematic section of a magnetic circuit in flat armature design with an armature plate 66 "produced according to the invention. comparable.
  • the local second heat treatment is carried out in such a way that on one side of the flat plate-shaped base body, a short-time heat treatment is carried out by means of laser or induction heating.
  • the material of the body is locally austenitized and homogenized on this side and consists after cooling of the body or the self-quenching by the surrounding material of a martensitic region 58 "and the magnetic coil 1 facing edge region 59" with martensite and retained austenite.
  • the anchor plate 66 now consists of zones with different structures and magnetic properties.
  • This additional air gap in the edge region 59 can be used to prevent the anchor plate 66" from sticking to the magnetic pot 46 in order to set a defined residual air gap in the magnetic circuit or as an air gap To serve wear protection.
  • the invention is by no means limited to use in fuel injection valves or solenoid valves for anti-lock braking systems, but relates to all electromagnetically actuated valves of different application areas and generally all solid housing in units in which zones of different magnetism are sequentially required.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • In der Figur 1 ist ein bekanntes Brennstoffeinspritzventil aus dem Stand der Technik dargestellt, das einen klassischen dreiteiligen Aufbau eines inneren metallenen Strömungsführungsteils und zugleich Gehäusebauteils besitzt. Dieses innere Ventilrohr wird aus einem einen Innenpol bildenden Einlassstutzen, einem nichtmagnetischen Zwischenteil und einem einen Ventilsitz aufnehmenden Ventilsitzträger gebildet und in der Beschreibung zu Figur 1 näher erläutert.
  • Aus der DE 35 02 287 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines hohlzylindrischen metallenen Gehäuses mit zwei magnetisierbaren Gehäuseteilen und einer dazwischen liegenden, die Gehäuseteile magnetisch trennenden, amagnetischen Gehäusezone bekannt. Dieses metallene Gehäuse wird dabei aus einem magnetisierbaren Rohling einstückig bis auf ein Übermaß im Außendurchmesser vorbearbeitet, wobei in der Innenwand des Gehäuses in der Breite der gewünschten mittleren Gehäusezone eine Ringnut eingestochen wird. Bei rotierendem Gehäuse wird ein nichtmagnetisierbares Füllmaterial in die Ringnut unter Erwärmung des Ringnutbereichs gefüllt und die Rotation des Gehäuses bis zur Erstarrung des Füllmaterials aufrechterhalten. Anschließend wird das Gehäuse außen bis auf das Endmaß des Außendurchmessers überdreht, so dass keine Verbindung mehr zwischen den magnetisierbaren Gehäuseteilen besteht. Ein derart hergestelltes Ventilgehäuse kann z.B. in Magnetventilen für Antiblockiersysteme (ABS) von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
  • Bekannt sind des weiteren aus der DE 42 37 405 C2 Verfahren zur Herstellung eines festen Kerns für Einspritzventile für Brennkraftmaschinen (Figur 5 des Dokuments). Die Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass unmittelbar oder über vorherige Umwandlungsprozesse ein einteiliges hülsenförmiges, magnetisches, martensitisches Werkstück bereitgestellt wird, das eine örtliche Wärmebehandlung in einem mittleren Abschnitt des magnetischen, martensitischen Werkstücks zur Umwandlung dieses mittleren Abschnitts in einen nichtmagnetischen, austenitischen mittleren Abschnitt erfährt. Alternativ werden bei der örtlichen Wärmebehandlung mittels Laser geschmolzenes Austenit bzw. geschmolzenes Ferrit bildende Elemente an den Ort der Wärmebehandlung zur Bildung eines nichtmagnetischen, austenitischen mittleren Abschnitts des festen Kerns hinzugefügt.
  • Aus der EP 0 629 711 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil bekannt, wobei das Magnetkreisbauteil wenigstens zwei Zonen besitzt und jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgende Zonen unterschiedliche Magneteigenschaften aufweisen. Ein becherförmiger Grundkörper aus einem magnetischen bzw. magnetisierbaren Material wird bereitgestellt. Eine vollständige erste Wärmebehandlung des Grundkörpers wird vorgenommen, der eine lokale zweite Wärmebehandlung des Grundkörpers zur Bildung eines Teilbereichs mit einem Gefüge aus Martensit und Restaustenit im ansonsten martensitischen Grundkörper folgt. Der so behandelte Grundkörper wird schließlich als Magnetkreisbauteil in einem Magnetkreis eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils eingebaut. Im Bereich eines Arbeitsluftspaltes liegt insofern innerhalb des ansonsten martensitischen becherförmigen Grundkörpers eine magnetische Trennstelle über die gesamte Dicke des dünnwandigen Grundkörpers vor, um die die Magnetfeldlinien des Magnetkreises herumgeleitet werden, um einen Magnetanker gegen einen festen Innenpol bei Bestromung einer Magnetspule anziehen zu können. Der becherförmige Grundkörper ist als stationäres Ventilbauteil ein Teil des feststehenden äußeren Magnetkreises.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise Gehäuse mit einer magnetischen Trennung bzw. Magnetkreisbauteile mit lokal eingestellten magnetischen Eigenschaften insbesondere in Randschichten großserientechnisch zuverlässig herstellbar sind.
  • Insbesondere ist durch die Einfachheit der Einzelbauteile nur ein gegenüber den bekannten Herstellungsverfahren herabgesetzter Aufwand an Spezialwerkzeugen notwendig.
  • Von Vorteil ist es zudem, dass eine hohe Flexibilität in der Ausgestaltung der Geometrie des Magnetkreisbauteils selbst, wie z.B. bei Länge, Außendurchmesser, Abstufungen ermöglicht ist.
  • Von besonderem Vorteil ist es, dass auf üblicherweise zur Erzeugung von in ihren Magneteigenschaften geänderten Randschichten notwendige Beschichtungsverfahren, wie Carbonitrieren, verzichtet werden kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik mit einem dreiteiligen inneren metallenen Ventilrohr als Gehäuse, Figuren 2 bis 7 schematisch Verfahrensschritte eines bekannten Verfahrens zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils in Form eines rohrförmigen Gehäuses, Figur 8 einen schematischen Ausschnitt aus einem Einspritzventil mit einem derart gestellten Gehäuse, Figuren 9 bis 13 schematisch Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils in Form eines Ankerbolzens, Figur 14 einen schematischen Ausschnitt aus einem Magnetkreis in Tauchankerausführung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Ankerbolzen und Figur 15 einen schematischen Ausschnitt aus einem Magnetkreis in Flachankerausführung mit einer erfindungsgemäß hergestellten Ankerplatte.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bevor anhand der Figuren 2 bis 15 die Verfahrensschritte des Verfahrens zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils beschrieben werden, soll anhand von Figur 1 ein Brennstoffeinspritzventil des Standes der Technik als ein mögliches Einsatzprodukt für ein erfindungsgemäß hergestelltes Magnetkreisbauteil näher erläutert werden.
  • Das in der Figur 1 beispielsweise dargestellte elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Brennstoffeinlassstutzen und Innenpol dienenden rohrförmigen Kern 2, der beispielsweise über seine gesamte Länge einen konstanten Außendurchmesser aufweist. Ein in radialer Richtung gestufter Spulenkörper 3 nimmt eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in Verbindung mit dem Kern 2 einen kompakten Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule 1.
  • Mit einem unteren Kernende 9 des Kerns 2 ist konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 dicht ein rohrförmiges metallenes nichtmagnetisches Zwischenteil 12 durch Schweißen verbunden und umgibt das Kernende 9 teilweise axial. Stromabwärts des Spulenkörpers 3 und des Zwischenteils 12 erstreckt sich ein rohrförmiger Ventilsitzträger 16, der fest mit dem Zwischenteil 12 verbunden ist. In dem Ventilsitzträger 16 ist eine axial bewegbare Ventilnadel 18 angeordnet. Am stromabwärtigen Ende 23 der Ventilnadel 18 ist ein kugelförmiger Ventilschließkörper 24 vorgesehen, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 25 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind.
  • Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 18 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 26 bzw. zum Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem Kern 2 und einem Anker 27. Der rohrförmige Anker 27 ist mit einem dem Ventilschließkörper 24 abgewandten Ende der Ventilnadel 18 durch beispielsweise eine Schweißnaht fest verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet. In das stromabwärts liegende, dem Kern 2 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 16 ist ein zylinderförmiger Ventilsitzkörper 29, der einen festen Ventilsitz 30 aufweist, durch Schweißen dicht montiert.
  • Der kugelförmige Ventilschließkörper 24 der Ventilnadel 18 wirkt mit dem sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitz 30 des Ventilsitzkörpers 29 zusammen. An seiner unteren Stirnseite ist der Ventilsitzkörper 29 mit einer beispielsweise topfförmig ausgebildeten Spritzlochscheibe 34 fest und dicht durch eine z. B. mittels eines Lasers ausgebildete Schweißnaht verbunden. In der Spritzlochscheibe 34 sind wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 39 vorgesehen.
  • Um den Magnetfluss zur optimalen Betätigung des Ankers 27 bei Bestromung der Magnetspule 1 und damit zum sicheren und genauen Öffnen und Schließen des Ventils zu dem Anker 27 zu leiten, ist die Magnetspule 1 von wenigstens einem, beispielsweise als Bügel ausgebildeten und als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 45 umgeben, das die Magnetspule 1 in Umfangsrichtung wenigstens teilweise umgibt sowie mit seinem einen Ende an dem Kern 2 und seinem anderen Ende an dem Ventilsitzträger 16 anliegt und mit diesen z. B. durch Schweißen, Löten bzw. Kleben verbindbar ist. Ein inneres metallenes Ventilrohr als Grundgerüst und damit auch Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils bilden der Kern 2, das nichtmagnetische Zwischenteil 12 und der Ventilsitzträger 16, die fest miteinander verbunden sind und sich insgesamt über die gesamte Länge des Brennstoffeinspritzventils erstrecken. Alle weiteren Funktionsgruppen des Ventils sind innerhalb oder um das Ventilrohr herum angeordnet. Bei dieser Anordnung des Ventilrohrs handelt es sich um den klassischen dreiteiligen Aufbau eines Gehäuses für ein elektromagnetisch betätigbares Aggregat, wie ein Ventil, mit zwei ferromagnetischen bzw. magnetisierbaren Gehäusebereichen, die zur wirkungsvollen Leitung der Magnetkreislinien im Bereich des Ankers 27 mittels eines nichtmagnetischen Zwischenteils 12 magnetisch voneinander getrennt oder zumindest über eine magnetische Drosselstelle miteinander verbunden sind.
  • Das Einspritzventil ist weitgehend mit einer Kunststoffumspritzung 51 umschlossen, die sich vom Kern 2 ausgehend in axialer Richtung über die Magnetspule 1 und das wenigstens eine Leitelement 45 bis zum Ventilsitzträger 16 erstreckt, wobei das wenigstens eine Leitelement 45 vollständig axial und in Umfangsrichtung überdeckt ist. Zu dieser Kunststoffumspritzung 51 gehört beispielsweise ein mitangespritzter elektrischer Anschlussstecker 52.
  • Mit den in den Figuren 2 bis 7 schematisch angedeuteten Verfahrensschritten des nicht vom Schutzbereich umfassten Verfahrens zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils ist es in vorteilhafter Weise möglich, besonders einfach und kostengünstig dünnwandige Gehäuse 66 für verschiedenste Einsatzzwecke, u.a. bevorzugt für elektromagnetisch betätigbare Ventile herzustellen, die ein oben beschriebenes dreiteiliges Ventilrohr ersetzen können.
  • In einem ersten Verfahrensschritt (Figur 2) wird ein z.B. zylinderförmiger Grundkörper 55 bereitgestellt, aus dem das Gehäuse 66 gefertigt werden soll und der aus einem magnetischen bzw. magnetisierbaren Material besteht und z.B. ferromagnetisch oder ferritisch ist oder ein martensitisches Materialgefüge aufweist. Der Grundkörper 55 kann vorerst massiv ausgebildet sein und beispielsweise für eine besonders effektive Herstellung vieler Gehäuse 66 aus langem Stangenmaterial gewonnen werden. Der Werkstoff des Grundkörpers 55 ist in jedem Fall ein Stahl, der aufgrund seiner Legierungszusammensetzung Restaustenit und Martensit bildet. Legierungselemente im Werkstoff sind die austenitstabilisierenden Elemente C, N, Ni und Mn.
  • Zur Erzielung der gewünschten unterschiedlichen Magneteigenschaften des Magnetkreisbauteils wird der Grundkörper 55 vollständig einer Wärmebehandlung unterzogen, die z.B. mittels Härten, Tiefkühlen in Tiefkühlschränken und/oder durch ein- oder mehrmaliges Anlassen in Öfen 56 durchgeführt werden kann (Figur 3). Nach dem Härten kann das Gefüge auch noch aus Restaustenitanteilen bestehen, welche durch die anschließenden Wärmebehandlungsschritte in Martensit umgewandelt werden. Alternativ dazu kann das Gefüge auch aus Ferrit mit eingelagerten Teilchen wie z.B. Carbiden, Nitriden oder intermetallischen Verbindungen bestehen. Die Wärmebehandlung erfolgt derart, dass sich im Grundkörper 55 ein komplett magnetisches martensitisches Materialgefüge bildet (Figur 4).
  • Anschließend wird eine weitere Wärmebehandlung vorgenommen, die allerdings nur lokal begrenzt ausgeführt wird. Ein Teilbereich des Grundkörpers 55 wird dazu z.B. einer Kurzzeitwärmebehandlung mittels Laser- oder Induktionserwärmung 57 ausgesetzt (Figur 5). Auf diese Weise wird der Werkstoff des Grundkörpers 55 in dem Teilbereich der zweiten Wärmebehandlung lokal austenitisiert und homogenisiert und besteht nach dem Abkühlen des Grundkörpers 55 bzw. der Selbstabschreckung durch das umgebende Material aus martensitischen Bereichen 58 und dem Teilbereich 59 mit Martensit und Restaustenit (Figur 6). Der Grundkörper 55 besteht nun aus Zonen mit verschiedenen Gefügen und magnetischen Eigenschaften.
  • Der Grundkörper 55 wird nachfolgend so endbearbeitet, dass ein festes Gehäuse 66 als Magnetkreisbauteil in einer gewünschten Geometrie vorliegt. Im Falle eines Einsatzes eines erfindungsgemäß hergestellten Gehäuses 66 in einem Brennstoffeinspritzventil kann es von Vorteil sein, das Gehäuse 66 durch fertigungstechnische Maßnahmen wie Abstrecken, Rollieren, Rundkneten, Bördeln und/oder Auftulpen spezifisch auszuformen. Mit dem Gehäuse 66 liegt ein Bauteil vor, das in einem bekannten Brennstoffeinspritzventil gemäß Figur 1 die Summe der Funktionen des Ventilrohrs bestehend aus Kern 2, Zwischenteil 12 und Ventilsitzträger 16 komplett übernehmen kann und sich somit auch beispielsweise über die gesamte axiale Länge eines Brennstoffeinspritzventils erstreckt.
  • Der massive Grundkörper 55 wird durch fertigungstechnische Maßnahmen z.B. in eine rohrförmige Hülsenform gebracht. Der massive Grundkörper 55 kann dabei entweder vor oder erst nach der lokalen Wärmebehandlung mit einer inneren Längsöffnung 60 zur Bildung des rohrförmigen Gehäuses 66 versehen werden (Figur 7).
  • Figur 8 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Brennstoffeinspritzventil mit einem erfindungsgemäß hergestellten Gehäuse 66, das als dünnwandige Hülse im Ventil verbaut ist und dabei den Kern 2 und den Anker 27 radial und in Umfangsrichtung umgibt und dabei selbst von der Magnetspule 1 umgeben ist. Es wird deutlich, dass der in seinen Magneteigenschaften veränderte und martensitische und restaustenitische Teilbereich 59 des Gehäuses 66 im axialen Erstreckungsbereich eines Arbeitsluftspaltes 70 zwischen dem Kern 2 und dem Anker 27 liegt, um die Magnetkreislinien optimal und effektiv im Magnetkreis zu leiten. Anstelle des in Figur 1 gezeigten bügelförmigen Leitelements 45 ist das äußere Magnetkreisbauteil z.B. als Magnettopf 46 ausgeführt, wobei der magnetische Kreis zwischen dem Magnettopf 46 und dem Gehäuse 66 über ein Deckelelement 47 geschlossen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, Gehäuse 66 mit größeren Wanddicken in ihren Magneteigenschaften lokal zu verändern, so dass eine höhere Innendruckbeständigkeit bei trotzdem minimiertem magnetisch aktiven Bereich zugunsten der Magnetkraft gewährleistet ist.
  • Figuren 9 bis 13 zeigen schematisch Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils in Form eines Ankerbolzens 66'. Die Herstellung des Ankerbolzens 66' erfolgt in vergleichbarer Weise wie die zuvor beschriebene Herstellung des Gehäuses 66 gemäß Figur 7. In einem ersten Verfahrensschritt (Figur 9) wird ein z.B. dünner zylinderförmiger Grundkörper 55' bereitgestellt, aus dem der Ankerbolzen 66' gefertigt werden soll und der aus einem magnetischen bzw. magnetisierbaren Material besteht und z.B. ferromagnetisch oder ferritisch ist oder ein martensitisches Materialgefüge aufweist. Der Grundkörper 55' kann beispielsweise für eine besonders effektive Herstellung vieler Ankerbolzen 66' aus langem Stangenmaterial gewonnen werden. Der Werkstoff des Grundkörpers 55' ist in jedem Fall ein Stahl, der aufgrund seiner Legierungszusammensetzung Restaustenit und Martensit bildet. Legierungselemente im Werkstoff sind die austenitstabilisierenden Elemente C, N, Ni und Mn.
  • Zur Erzielung der gewünschten unterschiedlichen Magneteigenschaften des Magnetkreisbauteils wird der Grundkörper 55' vollständig einer Wärmebehandlung unterzogen, die z.B. mittels Härten, Tiefkühlen in Tiefkühlschränken oder durch ein- oder mehrmaliges Anlassen in Öfen 56 durchgeführt werden kann (Figur 10). Nach dem Härten kann das Gefüge auch noch aus Restaustenitanteilen bestehen, welche durch die anschließenden Wärmebehandlungsschritte in Martensit umgewandelt werden. Alternativ dazu kann das Gefüge auch aus Ferrit mit eingelagerten Teilchen wie z.B. Carbiden, Nitriden oder intermetallischen Verbindungen bestehen. Die Wärmebehandlung erfolgt derart, dass sich im Grundkörper 55' ein komplett magnetisches martensitisches Materialgefüge bildet (Figur 11).
  • Anschließend wird eine weitere Wärmebehandlung vorgenommen, die ausschließlich an der Oberfläche in den Randbereichen des Grundkörpers 55' zu einer Veränderung der magnetischen Eigenschaften führen soll. Die Oberfläche des Grundkörpers 55' wird dazu einer Kurzzeitwärmebehandlung mittels Laser- oder Induktionserwärmung 57 ausgesetzt (Figur 12). Auf diese Weise wird der Werkstoff des Grundkörpers 55' an der Oberfläche lokal austenitisiert und homogenisiert und besteht nach dem Abkühlen des Grundkörpers 55' bzw. der Selbstabschreckung durch das umgebende Material aus einem inneren martensitischen Bereich 58' und einem äußeren Randbereich 59' mit Martensit und Restaustenit (Figur 13). Der Grundkörper 55' bzw. der Ankerbolzen 66' besteht nun aus Zonen mit verschiedenen Gefügen und magnetischen Eigenschaften.
  • Wenn nötig, wird der der Grundkörper 55' nachfolgend so endbearbeitet, dass ein fester Ankerbolzen 66' als Magnetkreisbauteil in einer gewünschten Geometrie vorliegt. Figur 14 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Magnetkreis in Tauchankerausführung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Ankerbolzen 66', der durch einen die Magnetspule 1 umhüllenden Magnettopf 46 taucht und dort beweglich verschiebbar ist. Bei Tauchankermagnetkreisen kann mit einem Ankerbolzen 66', bei dem der äußere Randbereich 59' Restaustenitanteile aufweist, die Dynamik und die Magnetkraft des Magnetventils verbessert werden. Auf Beschichtungsverfahren, wie Carbonitrieren, kann verzichtet werden.
  • In Figur 15 ist ein schematischer Ausschnitt aus einem Magnetkreis in Flachankerausführung mit einer erfindungsgemäß hergestellten Ankerplatte 66" dargestellt. Das Herstellungsprinzip ist wiederum mit den vorbeschriebenen Verfahrensschritten zur Herstellung des Gehäuses 66 bzw. des Ankerbolzens 66' vergleichbar. Die lokale zweite Wärmebehandlung erfolgt in der Weise, dass an einer Seite des flachen plattenförmigen Grundkörpers eine Kurzzeitwärmebehandlung mittels Laser- oder Induktionserwärmung vorgenommen wird. Auf diese Weise wird der Werkstoff des Grundkörpers an dieser Seite lokal austenitisiert und homogenisiert und besteht nach dem Abkühlen des Grundkörpers bzw. der Selbstabschreckung durch das umgebende Material aus einem martensitischen Bereich 58" und einem der Magnetspule 1 zugewandten Randbereich 59" mit Martensit und Restaustenit. Die Ankerplatte 66" besteht nun aus Zonen mit verschiedenen Gefügen und magnetischen Eigenschaften.
  • Mit einer solchen Ankerplatte 66" kann in Flachankermagnetkreisen ein Zusatzluftspalt erzeugt werden. Dieser Zusatzluftspalt im Randbereich 59" kann eingesetzt werden, um ein Kleben der Ankerplatte 66" an dem Magnettopf 46 zu verhindern, um einen definierten Restluftspalt im Magnetkreis einzustellen oder um als Luftspalt mit Verschleißschutz zu dienen.
  • Die Erfindung ist keinesfalls auf den Einsatz in Brennstoffeinspritzventilen oder Magnetventilen für Antiblockiersysteme beschränkt, sondern betrifft alle elektromagnetisch betätigbaren Ventile unterschiedlicher Anwendungsgebiete und allgemein alle festen Gehäuse in Aggregaten, bei denen Zonen unterschiedlichen Magnetismus aufeinanderfolgend erforderlich sind.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines festen Magnetkreisbauteils (66, 66', 66") für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil,
    wobei das Magnetkreisbauteil (66, 66', 66") wenigstens zwei Zonen besitzt und
    jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgende Zonen unterschiedliche
    Magneteigenschaften aufweisen,
    mit den Verfahrensschritten:
    a) Bereitstellen eines Grundkörpers (55, 55') aus einem magnetischen bzw. magnetisierbaren Material,
    b) vollständige erste Wärmebehandlung des Grundkörpers (55, 55'),
    c) lokale zweite Wärmebehandlung des Grundkörpers (55, 55') zur Bildung eines Teilbereichs (59) bzw. eines Randbereichs (59', 59") mit einem Gefüge aus Martensit und Restaustenit im ansonsten martensitischen Grundkörper (55, 55')
    und
    d) Einbau des fertig bearbeiteten Grundkörpers (55, 55') als Magnetkreisbauteil (66', 66") in einem Magnetkreis,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grundkörper (55, 55') als massiver Bolzen oder als flache Platte bereitgestellt wird,
    die lokale zweite Wärmebehandlung des Grundkörpers (55, 55') so erfolgt, dass der Grundkörper (55, 55') an der Oberfläche lokal austenitisiert und
    homogenisiert wird,
    so dass der Grundkörper (55, 55') im Falle des massiven Bolzens nach dem Abkühlen bzw. einer Selbstabschreckung durch das umgebende Material aus einem inneren martensitischen Bereich (58') und einem äußeren Randbereich (59') mit Martensit und Restaustenit besteht bzw.
    so dass der Grundkörper (55, 55') im Falle der flachen Platte nach dem Abkühlen bzw. einer Selbstabschreckung durch das umgebende Material aus einem martensitischen Bereich (58") und einem einer Magnetspule (1) zugewandt einzubanenden Randbereich (59") mit Martensit und Restaustenit besteht
    und
    dann als massiver Ankerbolzen (66') oder als flache Ankerplatte (66") in einem Magnetkreis eingebaut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grundkörper (55, 55') ferromagnetisch ist oder ein ferritisches oder ein martensitisches Materialgefüge aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Wärmebehandlung des Grundkörpers (55, 55') mittels Härten, Tiefkühlen in Tiefkühlschränken oder durch ein- oder mehrmaliges Anlassen in Öfen (56) erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die lokale zweite Wärmebehandlung des Grundkörpers (55, 55') mittels Laser- oder Induktionserwärmung (57) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach der lokalen zweiten Wärmebehandlung des Grundkörpers (55, 55') eine Endbearbeitung des so entstandenen Grundkörpers (55, 55') bis zum Erreichen einer gewünschten Geometrie des Magnetkreisbauteils (66', 66") vorgenommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Endbearbeitung des Grundkörpers (55, 55') mittels Abstrecken, Rollieren, Rundkneten, Bördeln und/oder Auftulpen erfolgt.
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