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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Anker für ein Magnetventil, das insbesondere für Brennstoffeinspritzventile von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, sowie ein Verfahren zur Herstellung solch eines Ankers.
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Aus der
DE 10 2006 021 741 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem druckausgeglichenen Steuerventil bekannt. Der Injektor dient hierbei zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Hierbei ist ein Einspritzventilglied vorgesehen, das mindestens eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt. Das Einspritzventilglied wird durch ein Steuerventil angesteuert, wobei das Steuerventil eine Verbindung aus einem Steuerraum in einen Kraftstoffrücklauf freigibt oder verschließt. Das Steuerventil wird über einen Magnetkreis angesteuert. Sobald die Magnetspule bestromt wird, bildet sich ein Magnetfeld aus, welches auf einen Anker wirkt. Im Anker ist hierbei eine Bohrung ausgebildet, in der eine Ventilnadel geführt ist. Außerdem schließt sich an den Anker eine Hülse an, die als Führung für die Ventilnadel dient. Außerdem ist der Anker in einem Ankerraum aufgenommen, in welchem bei geöffnetem Steuerventil der Brennstoff aus einem Steuerraum strömt. Aus dem Ankerraum gelangt der Brennstoff in den Rücklauf. Um einen Einspritzvorgang zu starten, wird die Magnetspule bestromt. Das Magnetfeld zieht dann den Anker in Richtung des Magnetkerns. Hierdurch wird die Ventilnadel samt dem Anker in Richtung des Magnetkerns bewegt. Aus dem Steuerraum kann dann unter Systemdruck stehender Brennstoff über eine Ablaufdrossel in den Ankerraum und somit zu dem Rücklauf abfließen. Dies bewirkt, dass der Druck im Steuerraum abnimmt. Hierdurch wird bezüglich einer Kräftebilanz auf den Steuerkolben, der ein Einspritzventilglied ansteuert, eine öffnende Kraft ausgeübt und der Steuerkolben bewegt sich in den Steuerraum hinein. Hieraus resultiert eine Bewegung des Einspritzventilglieds in Richtung des Steuerkolbens, wodurch mindestens eine Einspritzöffnung freigegeben wird und Brennstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine strömt.
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Der aus der
DE 10 2006 021 741 A1 bekannte Kraftstoffinjektor hat den Nachteil, dass gerade bei hohen zu schaltenden Drücken hohe dynamische Kräfte, insbesondere beim schnellen Schhließen, auftreten, die auf den Anker wirken. Somit ist eine robuste Ausgestaltung erforderlich, um dieses zuverlässige Schalten über die Lebensdauer zu gewährleisten. Der zur Ausgestaltung des Ankers eingesetzte Werkstoff muss daher sowohl die hohen mechanischen als auch magnetische Anforderungen erfüllen. Dies macht die Ausgestaltung des Ankers zum einen teuer und begrenzt zum anderen dennoch den möglichen Einsatzbereich.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Anker mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung ermöglicht ist, wobei insbesondere eine wirtschaftliche Herstellung für einen großen Anwendungsbereich möglich ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ankers, des im Anspruch 6 angegebenen Brennstoffeinspritzventils und des im Anspruch 7 angegebenen Verfahrens möglich.
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Vorteilhaft ist es, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Ankerplatte und dem Ankerschaft zumindest im Wesentlichen über die gesamte Fügefläche zwischen der Ankerplatte und dem Ankerschaft ausgebildet ist. Generell sind Verbindungsverfahren denkbar, bei denen im Wesentlichen punkt- oder linienförmige Stoffverbindungen ausgestaltet werden. Dies ist zum Beispiel bei Schweiß- oder Lötverfahren möglich. Durch die Sinterverbindung kann allerdings eine stoffschlüssige Verbindung an der gesamten Fügefläche realisiert werden, ohne dass sich hierdurch der Herstellungsaufwand erhöht.
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Dadurch kann eine hohe Festigkeit der Verbindung erreicht werden, wobei die Verfahrensdurchführung wirtschaftlich ist. Ferner kann je nach Ausgestaltung ein druckausgeglichenes Schaltventil realisiert werden. Allerdings können auch nicht druckausgeglichene Servoventile realisiert werden. Auch Ventile für Injektoren oder andere Anwendungen können realisiert werden. Ferner können auch Magnetaktoren geschaffen werden, die als Direktschalter ohne Servofunktion dienen.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der magnetische Werkstoff der Ankerplatte aus Eisen und/oder Silizium und/oder Phosphor gebildet ist. Hierbei kann der magnetische Werkstoff auch einen hohen Siliziumanteil aufweisen. Solch ein magnetischer Werkstoff ist zwar vergleichsweise spröde, ein Verbinden der Ankerplatte mit dem Ankerschaft ist aber über das Sintern dennoch möglich. Hierdurch ergibt sich auch ein wesentlicher Vorteil bezüglich anderer Verbindungsverfahren, insbesondere einem mechanischen Fügeverfahren. Entsprechend ist es möglich, dass der magnetische Werkstoff der Ankerplatte in vorteilhafter Weise aus Eisen und Kobalt gebildet ist. Solch eine Legierung aus Eisen und Kobalt kann hierbei ohne zusätzliche Legierungselemente vorgegeben sein. Das Verbinden dieses ebenfalls vergleichsweise spröden Werkstoffs kann ebenfalls durch das Sintern realisiert werden.
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Vorteilhaft ist es außerdem, dass der Ankerschaft aus einem Werkstoff mit einem hohen Carbidanteil gebildet ist. Möglich sind auch Keramiken, Hartmetalle und Cermets als Werkstoffe für den Ankerschaft und phosphorhaltige Metalle als Werkstoffe für den Anker. Durch das Sintern ist nämlich auch ein Fügen solcher Werkstoffe möglich, was beispielsweise schweißtechnisch problematisch ist. Hierbei können auch andere Werkstoffe, die eine schlechte Schweißbarkeit zeigen, zum Einsatz kommen. Speziell phosphorhaltige Werkstoffe, Keramiken, insbesondere ZrO2, Hartmetalle und Cermets. Außerdem können auch verschleißbeständige Stähle, insbesondere Werkzeugstähle oder Schnellarbeitsstähle mit hohem Carbidanteil, zum Einsatz kommen.
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Somit ergeben sich wesentliche Vorteile bei dem vorgeschlagenen Verbindungsverfahren durch Sintern. Im Unterscheid zum Schweißen oder Löten treten hierbei auch keine schlecht angebundenen Bereiche oder Spannungsrisse in der Fügezone auf, so dass sich die Prozesssicherheit erhöht. Außerdem können Eigenspannungen in der Ankerplatte gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen verringert werden, was zu verbesserten magnetischen Eigenschaften führt.
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Durch die hohe Festigkeit der durch Sintern ausgestalteten Verbindung ist es auch möglich, dass die Fügezone kleiner als bei herkömmlichen Fügeverfahren ausgestaltet wird, so dass mehr geometrische Freiheiten bei der Komponentenauslegung ermöglicht werden.
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Bei der Durchführung des Verfahrens ist es außerdem vorteilhaft, dass in dem Grünteil eine Bohrung, insbesondere eine Durchgangsbohrung oder Sacklochbohrung, ausgestaltet ist und dass ein Innendurchmesser der Bohrung des Grünteils größer vorgegeben wird als ein Außendurchmesser des in der Bohrung angeordneten Ankerschafts im Bereich der Bohrung. Da das Grünteil beim Sintern schrumpft, kann durch die Vorgabe eines gewissen Spiels gezielt ein vorzugsweise geringes Übermaß generiert werden, das sich noch während der Sinterung durch eine plastische Verformung der Ankerplatte abbaut. Nach der Ausbildung eines Kontakts zwischen dem Werkstoff des Ankerschafts und dem Werkstoff der Platte setzt ein Diffusionsaustausch zwischen beiden Werkstoffen ein, wodurch eine stoffschlüssige Anbindung ausgebildet wird. Hierdurch wird eine hohe Scherfestigkeit der Fügezone erzielt. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Sintern und Fügen in einem Prozessschritt erfolgen kann. Dadurch reduzieren sich die Prozesskosten.
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Vorteilhaft ist es auch, dass an einer Fügefläche zwischen dem Ankerschaft und der Ankerplatte in zumindest einer Richtung entlang einer Achse des Ankerschafts zusätzlich eine formschlüssige Verbindung gebildet ist. Hierdurch kann die Scherfestigkeit an der Fügezone beziehungsweise Fügefläche weiter verbessert werden. Speziell kann durch eine mechanische Verzahnung die Scherfestigkeit weiter gesteigert werden.
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Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass der Ankerschaft an der Fügefläche zwischen dem Ankerschaft und der Ankerplatte zumindest einen Vorsprung aufweist. Solch ein Vorsprung kann beispielsweise stiftförmig ausgestaltet sein und sich radial zu der Achse des Ankerschafts erstrecken. Speziell in diesem Fall ist es vorteilhaft, dass das Grünteil aus zumindest zwei Teilplatten, insbesondere zwei Halbplatten, zusammengesetzt ist, die beidseitig an dem Vorsprung des Ankerschafts positioniert werden. Hierdurch können die Teilplatten vorgepresst werden und dann an dem Ankerschaft positioniert werden. Dies vereinfacht die Herstellung des Ankers. Außerdem kann hierdurch ein gewisses Spiel zwischen dem Grünteil aus den Teilplatten und dem Ankerschaft vorgegeben sein, das auf Grund der Sinterschrumpfung zu einem gewünschten Übermaß führt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine auszugsweise, schematische Darstellung eines Ankers für das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil entsprechend einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
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3 den in 2 dargestellten Anker entsprechend einer zweiten möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
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4 den in 2 dargestellten Anker entsprechend einer dritten möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
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5 den in 2 dargestellten Anker entsprechend einer vierten möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
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6 den in 2 dargestellten Anker entsprechend einer fünften möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
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7 den in 2 dargestellten Anker entsprechend einer sechsten möglichen Ausgestaltung der Erfindung und
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8 den in 2 dargestellten Anker entsprechend einer siebten möglichen Ausgestaltung der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich besonders für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Speziell eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für eine Direkteinspritzung, bei der Diesel oder vergleichbare Brennstoffe unter hohem Druck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Der Brennstoff, der als hydraulisches Medium dient, kann beispielsweise mit einem Druck von bis zu 250 MPa (2500 bar) in den Brennraum eingespritzt werden. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich allerdings auch für andere Anwendungsfälle.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Magnetventil 2 mit einem Anker 3 auf. Der Anker 3 umfasst einen Ankerschaft 4 und eine Ankerplatte 5. Außerdem weist das Magnetventil 2 einen Magnettopf 6 auf, der eine Magnetspule 7 aufnimmt.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ferner eine Düsennadel 8 auf, die in einem Brennstoffraum 9 angeordnet ist. Die Düsennadel 8 umfasst einen Ventilschließkörper 10, der mit einer Ventilsitzfläche 11 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Wenn sich die Düsennadel 8 aus ihrem Sitz an der Ventilsitzfläche 11 hebt, dann kann Brennstoff aus dem Brennstoffraum 9 über eine oder mehrere Düsenbohrungen 12 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
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Die Betätigung der Düsennadel 8 erfolgt nicht direkt von dem Magnetventil 2, sondern mittelbar über eine hydraulische Ansteuerung, wie es durch den Doppelpfeil 13 veranschaulicht ist. Hierbei wird beim Betätigen des Magnetventils 2 in bekannter Weise ein Brennstofffluss durch eine Ablaufdrossel 14 freigegeben und beim Schließen des Magnetventils 2 wieder gesperrt, so dass sich in bekannter Weise eine Ansteuerung der Düsennadel 8 ergibt.
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Beispielsweise kann die Düsennadel 8 im geöffneten Zustand von weitgehend gleichem Druck umgeben sein, so dass sich eine kraftausgeglichene Situation ergibt, während sich im geschlossenen Zustand eine schließende Kraft auf die Düsennadel 8 ergibt, die sich aus dem Hydraulikdruck und dem Querschnitt des Dichtsitzes der Düsennadel 8 bestimmt und die typischer Weise im Bereich von einigen hundert Newton liegen kann.
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Das Schalten des Magnetventils 2 erfolgt über den Magnettopf 6 und die Magnetspule 7, was auf der Verringerung eines Arbeitsluftspalts 15 zwischen dem Magnettopf 6 und der Ankerplatte 5 des Ankers 3 beruht. Dies erfolgt in Reaktion auf das über diesen Arbeitsluftspalt 15 erregte magnetische Feld. Die auf diese Weise erzeugte Magnetkraft ist besonders groß, wenn der Arbeitsluftspalt 15 klein ist. Ausgehend von einem stromlos offenen Zustand nimmt insbesondere die Kraft im Verlauf des Arbeitswegs zu. Da der hydraulische Kraftausgleich erst im Verlauf der Bewegung einsetzt, ist demgegenüber der Kraftbedarf im ersten Moment des Öffnens maximal. Das heißt, der größte Kraftbedarf tritt zu dem Zeitpunkt auf, in dem die magnetische Kraft prinzipbedingt minimal ist.
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Der Kraftbedarf zum Öffnen der Düsennadel 8 ist allerdings verringert, da die Düsennadel 8 nicht direkt an den Magnetaktor 6’ aus dem Magnettopf 6 und der Magnetspule 7 gekoppelt ist. Stattdessen wird über den Magnetaktor 6’ das Öffnen der Ablaufdrossel 14 erreicht, so dass ein mit der Düsennadel 8 hydraulisch gekoppeltes Volumen, das anfangs auf Hochdruck liegt, entspannt wird, während gleichzeitig ein zweites mit der Düsennadel 8 hydraulisch gekoppeltes Volumen auf Hochdruck bleibt. Auf diese Weise wird die Düsennadel 8 über hydraulische Kräfte geöffnet, wodurch sich der Kraftbedarf erheblich reduziert.
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Das Magnetventil 2 weist vorzugsweise einen flachen Anker 3 mit einer zumindest weitgehend ebenen Ankerfläche 16 auf. Der flache Anker 3 ist hierdurch als Flachanker 3 ausgestaltet. Der Magnettopf 6 weist einen Innenpol auf. Der Anker 3 schließt über den Arbeitsluftspalt 15 im betätigten Zustand den Magnetkreis. Dadurch erfolgt die Betätigung des Magnetventils 2. Auch eine Ausgestaltung als Tauchanker ist möglich.
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Der Ankerschaft 4 des Ankers 3 erfüllt mehrere Funktionen. Erstens wird über die Länge des Ankerschafts 4 der Anker 3 geführt und zweitens schließt ein unterer Abschnitt 17 des Ankerschafts 4 das Magnetventil 2. Die Anforderungen an die Verschleiß- und Schlagfestigkeit des Ankerschafts 4 sind daher sehr hoch. Über die Ankerplatte 5 des Magnetventils 2 wird der Magnetkreis des Magnetaktors 6’ geschlossen. Die Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften des Werkstoffs der Ankerplatte 5 sind daher besonders hoch. Dies betrifft insbesondere eine Sättigungspolarisierung und einen spezifischen Widerstand der Ankerplatte 5.
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Der Begriff der Ankerplatte 5 ist hierbei allgemein zu verstehen. Die Ankerplatte 5 kann beispielsweise in Abhängigkeit von den magnetischen und hydraulischen Anforderungen beziehungsweise Randbedingungen in unterschiedlichen Geometrien ausgeführt sein. Hierbei sind beispielsweise eine vollflächige oder geschlitzte Ausgestaltung denkbar. Auch eine Ausgestaltung mit Bohrungen in der Ankerplatte 5 ist beispielsweise möglich.
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In vorteilhafter Weise ist der Anker 3 aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Hierbei ist der Ankerschaft 4 aus einem Werkstoff hergestellt, der in Bezug auf die gewünschte Festigkeit ausgewählt ist. Der magnetische Werkstoff der Ankerplatte 5 ist hingegen in Bezug auf die magnetischen Anforderungen ausgewählt. Hierbei ergibt sich allerdings das Problem, dass eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Ankerschaft 4 und der Ankerplatte 5 gewährleistet werden muss.
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Im Fall eines herkömmlichen Ankers aus nur einem Werkstoff müssen zugleich die mechanischen Anforderungen bezüglich des Ankerschafts als auch die magnetischen Anforderungen bezüglich der Ankerplatte erfüllt werden. Dies macht jedoch einen Kompromiss erforderlich und bedingt gegebenenfalls hohe Werkstoffkosten.
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Durch die Ausgestaltung aus zumindest zwei Werkstoffen können ein mechanisch herausragender Werkstoff für den Ankerschaft 4 und ein magnetisch herausragender Werkstoff für die Ankerplatte 5 zum Einsatz kommen.
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Prinzipiell ist es denkbar, dass der Anker 3 durch ein mechanisches Fügeverfahren aus zwei Teilen, nämlich einem Ankerschaft und einer Ankerplatte, zusammengefügt wird. Solch ein Verbinden, beispielsweise durch Schälnieten, führt allerdings zu neuen Problemen. Denn durch den Fügeprozess kann eine deutliche mechanische Verformung auftreten. Speziell können mechanische Spannungen in der Ankerplatte 5 auftreten, die sich ungünstig auf die magnetischen Eigenschaften und gegebenenfalls auf die gewünschte ebene Geometrie der Ankerfläche 16 auswirken. Außerdem sind hierbei die möglichen Werkstoffkombinationen begrenzt. Insbesondere können keine spröden Werkstoffe zum Einsatz kommen.
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Die Herstellung des Ankers 3 erfolgt daher durch Verbinden der Ankerplatte 5 mit dem Ankerschaft 4 durch Sinterfügen. Hierbei wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Ankerplatte 5 und dem Ankerschaft 4 erreicht. Hierbei ergibt sich eine Fügefläche 18 zwischen dem Ankerschaft 4 und der Ankerplatte 5, die durch das Sintern in charakteristischer Weise ausgestaltet ist. Der Begriff der Fügefläche 18 ist hierbei allgemein zu verstehen und umfasst auch eine zonenmäßige Ausgestaltung (Fügezone) oder eine bereichsmäßige Ausgestaltung (Fügebereich) der Sinterverbindung. Denn während des Sinterprozesses kommt es zu dem Diffusionsaustausch zwischen den beiden Werkstoffen.
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Mögliche Ausgestaltungen der Verbindung zwischen der Ankerplatte 5 und dem Ankerschaft 4 des Ankers 3 sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 näher beschrieben.
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2 zeigt eine auszugsweise, schematische Darstellung eines Ankers 3 für ein Magnetventil 2 eines Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung. Der Ankerschaft 4 ist hierbei zur Vereinfachung zylinderförmig ausgestaltet. Hierbei ist der Ankerschaft 4 als massiver Ankerschaft 4 ohne Bohrungen dargestellt. Je nach Anwendungsfall kann der Ankerschaft 4 auch andere Geometrien sowie Bohrungen aufweisen. Speziell können axiale Bohrungen vorgesehen sein, die sich entlang einer Achse 20 des Ankerschafts 4 des Ankers 3 durch den Ankerschaft 4 erstrecken.
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Zur Herstellung des zweiteiligen Ankers 3 über das Sinterfügeverfahren kommen der bereits gesinterte oder schmelzmetallurgisch hergestellte Ankerschaft 4 sowie ein pulvermetallurgisch erzeugtes, insbesondere gepresstes, Grünteil 5’ für die Ankerplatte 5 zum Einsatz. Beide Teile 4, 5’ können hierbei bereits eine zur Erfüllung der Funktion geeignete Kontur aufweisen, wodurch eine Nacharbeitung je nach den erforderlichen Toleranzen minimiert oder sogar ganz eingespart werden kann. Das Grünteil 5’ für die Ankerplatte 5 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine als Durchgangsbohrung 21 ausgestaltete Bohrung 21 auf. Durch diese Bohrung 21 wird der Ankerschaft 4 hindurchgeführt, wobei der Ankerschaft 4 und das Grünteil 5’ relativ zueinander positioniert werden. Der Ankerschaft 4 wird hierbei vorzugsweise mit geringem Spiel in die Bohrung 21 eingefügt. Ein Innendurchmesser 22 der Bohrung 21 ist hierbei etwas größer vorgegeben als ein Außendurchmesser 23 des Ankerschafts 4 im Bereich der Bohrung 21. Während der anschließenden Sinterung schrumpft das Grünteil 5’ für die Ankerplatte 5 auf den Ankerschaft 4 auf. Die Sinterschrumpfung und das anfängliche Spiel zwischen dem Ankerschaft 4 und dem Grünteil 5’ sind hierbei durch Vorgeben des Innendurchmessers 22 und des Außendurchmessers 23 so aufeinander abgestimmt, dass während der Sinterung ein geringes Übermaß generiert wird. Dieses baut sich noch während der Sinterung durch eine plastische Verformung des Werkstoffes für die Ankerplatte 5 ab. Nach der Ausbildung des Kontakts zwischen dem Werkstoff des Ankerschaftes 4 und dem Werkstoff der Ankerplatte 5 setzt ein Diffusionsaustausch zwischen beiden Werkstoffen ein, wodurch eine stoffschlüssige Anbindung an der Fügefläche 18 ausgebildet wird. Dadurch wird eine hohe Scherfestigkeit der Fügezone 18 erzielt. Nach der Sinterung kann der zweiteilige Anker 3 abhängig von den geforderten Toleranzen gegebenenfalls mechanisch nachbearbeitet werden. Gegebenenfalls ist ein Härten und Anlassen möglich. Somit kann ein Vergüten erfolgen.
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Für den Ankerschaft 4 eignen sich vor allem Werkstoffe, die eine hohe Verschleißbeständigkeit besitzen und deren Eigenschaften durch den Sinterfügeprozess nicht wesentlich verändert werden. Von Vorteil ist hierbei, wenn der Werkstoff für den Ankerschaft 4 nachträglich nicht mehr gehärtet werden muss, da dies zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften des Werkstoffs der Ankerplatte 5 führen kann. Keramische Werkstoffe, insbesondere ZrO2, Hartmetalle und sogenannte Cermets erfüllen diese Kriterien und sind daher Beispiele für geeignete Werkstoffe für den Ankerschaft 4. Es ist aber auch möglich, verschleißbeständige Stähle, insbesondere Werkzeugstähle oder Schnellarbeitsstähle, als Werkstoff für den Ankerschaft 4 zu wählen, die nach dem Sinterfügeprozess lokal gehärtet oder durchgehärtet werden können.
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Für den Werkstoff des Grünteils 5’ beziehungsweise für die Ankerplatte 5 können Werkstoffe mit guten weichmagnetischen Eigenschaften zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann der magnetische Werkstoff für die Ankerplatte 5 auf einer Legierung aus Eisen und Silizium, einer Legierung aus Eisen, Silizium und Phosphor, einer Legierung aus Eisen und Chrom oder einer Legierung aus Eisen und Kobalt oder einer Legierung aus Eisen und Phosphor basieren.
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Bei der anhand der 2 beschriebenen Ausgestaltung ist die Bohrung 21 zylinderförmig ausgestaltet. Hierbei ist auch der Ankerschaft 4 zylinderförmig ausgestaltet.
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3 zeigt den in 2 dargestellten Anker 3 entsprechend einer zweiten möglichen Ausgestaltung der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ankerschaft 4 eine Verjüngung 25 auf, die durch eine umlaufende Ringnut 25 gebildet ist. Der Außendurchmesser 23 des Ankerschaftes 4 im Bereich der Bohrung 21 ist hierdurch kleiner als ein Außendurchmesser 26 des Ankerschafts 4 im übrigen Bereich. Der Innendurchmesser 22 der Bohrung 21 kann hierbei geringfügig größer als der Außendurchmesser 26 gewählt sein. Hierdurch wird ein Zusammenfügen ermöglicht. Beim anschließenden Sintern ergibt sich neben der stoffschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung. Die Verjüngung 25 ist hierfür vorzugsweise als geringe Verjüngung 25 ausgebildet.
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4 zeigt den in 2 dargestellten Anker 3 entsprechend einer dritten möglichen Ausgestaltung der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Scherfestigkeit der Fügezone 18 durch eine mechanische Verzahnung 27 noch weiter gesteigert. Die mechanische Verzahnung 27 kann beispielsweise durch ein Gewinde ausgestaltet sein. Hierbei ist es möglich, dass das Grünteil 5’ vor dem Sintern auf einen Gewindeabschnitt des Ankerschafts 4 aufgeschraubt wird. In diesem Fall ist es auch möglich, dass der Innendurchmesser 22 des Grünteils 5’ größer vorgegeben ist als der Außendurchmesser 23 des Ankerschafts 4. Je nach Ausgestaltung kann die mechanische Verzahnung 27 vor dem Sintern allerdings auch ohne Spiel ausgeführt sein.
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5 zeigt den in 2 dargestellten Anker 3 entsprechend einer vierten möglichen Ausgestaltung der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ankerschaft 4 einen konischen Abschnitt 28 auf. Außerdem ist die Bohrung 21 ebenfalls konisch ausgeführt und in ihrer Form an den konischen Abschnitt 28 des Ankerschafts 4 angepasst. Durch die konische Fügezone 18 ergibt sich hierbei eine mechanische Abstützung der Ankerplatte 5 relativ zu dem Ankerschaft 4 in einer Richtung 29 entlang der Achse 20. Dies kann zum einen das Fügen und somit die Durchführung des Sinterprozesses erleichtern. Zum anderen kann hierdurch eine zusätzliche formschlüssige Verbindung gewährleistet werden.
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6 zeigt den in 2 dargestellten Anker 3 entsprechend einer fünften möglichen Ausgestaltung der Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung ist die Bohrung 21 als sacklochförmige Bohrung 21 ausgestaltet. Ein Endabschnitt 30 des Ankerschafts 4 wird vor dem Sintern in die Bohrung 21 eingefügt. Hierbei kann ein gewisses Spiel durch Wahl des Innendurchmessers 22 und des Außendurchmessers 23 vorgegeben werden. Bei dieser Ausgestaltung besteht der Vorteil, dass der Ankerschaft 4 zum Sintern in die Bohrung 21 des Grünteils 5’ gestellt werden kann. Außerdem ergibt sich neben der stoffschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung beziehungsweise Abstützung in der Richtung 29.
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Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für eine Tauchanker-Geometrie.
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7 zeigt den in 2 dargestellten Anker 3 entsprechend einer sechsten möglichen Ausgestaltung der Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung weist der Ankerschaft 4 einen oder mehrere Vorsprünge 31 auf. Beispielsweise kann der Vorsprung 31 als stegförmiger Vorsprung 31 ausgestaltet sein, der sich bezüglich der Achse 20 vorzugsweise in radialer Richtung erstreckt. Der Vorsprung 31 kann insbesondere als stiftförmiger Vorsprung ausgeführt sein. Der Vorsprung 31 kann allerdings auch durch einen umlaufenden Bund 31 gebildet sein. Ferner sind auch andere Ausgestaltungen denkbar.
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Zur Herstellung des Grünteils 5’ ist es möglich, dass der Ausgangswerkstoff, insbesondere ein Pulver für den Ausgangswerkstoff, im Bereich des Vorsprungs 31 um den Ankerschaft 4 herumgepresst wird. Anschließend erfolgt die Sinterung.
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8 zeigt den in 2 dargestellten Anker 3 entsprechend einer siebten möglichen Ausgestaltung der Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung ist das Grünteil 5’ aus mehreren Teilplatten 32, 33 zusammengesetzt. Vorzugsweise sind zwei Halbplatten 32, 33 vorgesehen, um das Grünteil 5’ zu bilden. Hierbei besteht der Vorteil, dass die Halbplatten 32, 33 als vorgepresste Grünlinge zunächst an dem Ankerschaft 4 positioniert werden können. Hierbei kann von beiden Enden des Ankerschaftes 4 her jeweils eine der Teilplatten 32, 33 auf den Ankerschaft 4 gefügt werden, so dass der Vorsprung 31 beziehungsweise die mehreren Vorsprünge 31 beidseitig den Vorsprung 31 einschließen. Anschließend erfolgt das Sintern, um das Grünteil 5’ für die Ankerplatte 5 mit dem Ankerschaft 4 zu verbinden. Vorzugsweise sind die Halbplatten 32, 33 gleich ausgestaltet.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Halbplatten 32, 33 ohne zusätzlichen Aufwand mit einem Innendurchmesser 22 der Bohrung 21 ausgestaltet werden können, der größer ist als der Außendurchmesser 23 des Ankerschafts 4 im Bereich des Vorsprungs 31. Hierdurch kann gezielt ein Spiel vorgegeben werden, das sich beim Sintern auf Grund des Schrumpfens des Grünteils 5’ zum Vorgeben eines gewünschten Übermaßes eignet.
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Bei den beschriebenen möglichen Ausgestaltungen sind unter anderem innerhalb gewisser Grenzen beliebige Querschnittsgeometrien der Fügezonen 18 vorgebbar.
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Somit kann die stoffschlüssige Verbindung ohne eine Zwischenschicht, wie beispielsweise einen Lötwerkstoff, ein Klebemittel oder eine Schweißnaht, zwischen dem Ankerschaft 4 und der Ankerplatte 5 ausgestaltet werden, wobei dennoch eine stoffschlüssige Verbindung realisiert ist. Hierbei können plastische Verformungen, wie sie beispielsweise bei einer Schälnut auftreten, vermieden werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006021741 A1 [0002, 0003]
