DE102014201097A1 - Method for producing a solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils vorgeschlagen, insbesondere eines Brennstoffeinspritzventils, mit einer in axialer Richtung verschiebbar geführten Ventilnadel, mit einem Magnetkern, mit einem dem Magnetkern axial gegenüberliegend angeordneten Magnetanker, wobei der Magnetanker an der Ventilnadel angeordnet ist, wobei der Magnetanker ein erstes Grundmaterial und der Magnetkern ein zweites Grundmaterial aufweist, wobei in einem Hochdruckaufstickprozess (HT-N-Prozess) auf dem ersten Grundmaterial eine erste Diffusionsschicht und/oder auf dem zweiten Grundmaterial eine zweite Diffusionsschicht erzeugt wird.It is proposed a method for producing a solenoid valve, in particular a fuel injection valve, with a displaceably guided in the axial direction valve needle, with a magnetic core, with a magnetic core axially opposite arranged magnet armature, wherein the armature is disposed on the valve needle, wherein the armature a first Base material and the magnetic core having a second base material, wherein in a Hochdruckaufstickprozess (HT-N process) on the first base material, a first diffusion layer and / or on the second base material, a second diffusion layer is generated.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a solenoid valve according to the preamble of claim 1.
Solche Verfahren sind allgemein bekannt. Die Härte nichtrostender Stähle ist für viele Anwendungen, bei denen Verschleiß oder eine schlagartige Beanspruchung auftritt, typischerweise nicht ausreichend.Such methods are well known. The hardness of stainless steels is typically insufficient for many applications where wear or sudden impact occurs.
Bei elektromagnetisch betätigbaren Magnetaktoren zur Betätigung von Magnetventilen, insbesondere von Einspritzventilen, ist es bekannt, dass zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit gegen schlagenden und reibenden Verschleiß die Kontaktpartner (Magnetanker und Innenpol) mit einer Chromschicht beschichtet werdenIn electromagnetically actuated magnetic actuators for actuating solenoid valves, in particular injection valves, it is known that to increase the wear resistance to impacting and abrasive wear, the contact partners (armature and inner pole) are coated with a chromium layer
In der Regel werden solche Chromschichten nasschemisch mittels elektrolytischer Abscheidung aus sechswertigem Chrom (Cr6+) erzeugt. Nachteilig dabei ist allerdings, dass die Aufbringung der Hartchromschicht typischerweise vergleichsweise teuer ist, so dass die Vermeidung einer solchen, insbesondere galvanisch aufgebrachten, Hartchromschicht wünschenswert ist. Weiterhin weist Cr6+ eine vergleichsweise hohe Toxizität auf. As a rule, such chromium layers are produced wet-chemically by means of electrolytic deposition from hexavalent chromium (Cr 6+ ). The disadvantage here, however, is that the application of the hard chrome layer is typically comparatively expensive, so that the avoidance of such, in particular galvanically applied, hard chrome layer is desirable. Furthermore, Cr 6+ has a comparatively high toxicity.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils vorzuschlagen, welches ohne Cr6+ als Prozessstoff auskommt und kostengünstiger ist, wobei dennoch die magnetischen Eigenschaften des Grundmaterials weitestgehend erhalten bleiben.It is an object of the present invention to propose a method for the production of a solenoid valve, which does not require Cr6 + as a process material and is less expensive, while still maintaining as far as possible the magnetic properties of the base material.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils und das erfindungsgemäße Magnetventil gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass als eine Alternative zum Verchromen ein wärmetechnisches Verfahren zur Erzeugung verschleißfester Oberflächen des ersten und zweiten Grundmaterials bereitgestellt wird, wobei insbesondere die magnetischen Eigenschaften des Grundmaterials weitestgehend erhalten bleiben. Giftiges Cr6+ kommt hierbei nicht mehr zum Einsatz. Darüber hinaus ist das Herstellungsverfahren gegenüber dem Verchromen deutlich kostengünstiger. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Erzeugung einer stickstoffgehärteten Schicht mit geringer Streuung über diverse Stoffchargen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. The inventive method for producing a solenoid valve and the solenoid valve according to the independent claims have the advantage over the prior art that, as an alternative to chromium plating, a thermal process is provided for producing wear-resistant surfaces of the first and second base materials, in particular the magnetic properties of the base material are largely retained. Toxic Cr 6+ is no longer used here. In addition, the manufacturing process is much cheaper compared to the chrome plating. In particular, the invention enables the production of a nitrogen-hardened layer with low scattering over various substance batches of different chemical composition.
Bevorzugt wird Stickstoff während des Hochdruckaufstickprozesses (HT-N-Prozess) in einer Stickstoffatmosphäre mit 0,5-3,5 bar Überdruck - d.h. einem Stickstoffgasdruck, welcher der Summe aus Normaldruck (1013,25 Hektopascal) und Überdruck entspricht – bei Haltetemperaturen zwischen 1000°C und 1300°C in den Basiswerkstoff – d.h. dem ersten und zweiten Grundmaterial – eindiffundiert. Haltezeiten und Haltetemperaturen sind insbesondere so zu wählen, dass folgende Eigenschaften erreicht werden:
- – das erste und/oder zweite Grundmaterial weist im Bereich der ersten und/oder zweiten Diffusionsschicht Härte zwischen 550 HV (Vickershärte) und 700 HV auf, und/oder
- – eine Schichtdicke der ersten und/oder zweiten Diffusionsschicht beträgt zwischen 100 Mikrometer und 250 Mikrometer, und/oder
- – durch den HT-N Prozess wird das Gefüge des ersten und/oder zweiten Grundmaterials nicht oder nur vernachlässigbar gering beeinflusst, und/oder
- – der Magnetanker und/oder Magnetkern weist eine vergleichsweise hohe Permeabilität im ersten bzw. zweiten Grundmaterial und in der ersten bzw. zweiten Diffusionsschicht – welche auch als Randschicht bezeichnet wird – auf,
- – in dem HT-N-Prozess wird eine Sättigungsinduktion gegenüber dem Basiszustand nicht reduziert (kein Restaustenit).
- - The first and / or second base material has in the region of the first and / or second diffusion layer hardness between 550 HV (Vickers hardness) and 700 HV, and / or
- A layer thickness of the first and / or second diffusion layer is between 100 microns and 250 microns, and / or
- - By the HT-N process, the structure of the first and / or second base material is not or only negligibly influenced, and / or
- The magnet armature and / or magnetic core has a comparatively high permeability in the first or second base material and in the first or second diffusion layer, which is also referred to as edge layer,
- - In the HT-N process, a saturation induction is not reduced compared to the base state (no retained austenite).
Bevorzugt umfasst das erste und/oder zweite Grundmaterial ein Gefüge mit einem Werkstoff – insbesondere nicht rostende Stähle –, welche insbesondere originär ferritisch, bevorzugt ideal ferromagnetisch, eingestellt sind. Durch das Aufsticken jenseits von 1000°C (austenitisieren) wird erreicht, dass sich Stickstoff (insbesondere in ausreichenden Mengen) in der Matrix (des Gefüges des ersten und/oder zweiten Grundmaterials) löst. Ein schnelles Abkühlen wirkt guten magnetischen Eigenschaften entgegen führt jedoch zu der anvisierten Härtesteigerung durch Martensitbildung. Langsames Abkühlen würde zur Bildung von Cr-Nitriden führen, welche zwar zu einer Härtesteigerung führen, jedoch durch Stickstoff den Chrom in größeren Mengen abbinden und somit die Korrosionsbeständigkeit drastisch reduzieren. Erfindungsgemäß wird der HT-N-Prozess so geführt, dass Haltezeiten und Glühtemperaturen (Haltetemperaturen) bei einem gleichzeitig hohe Stickstoffangebot reduziert werden.Preferably, the first and / or second base material comprises a microstructure with a material - in particular stainless steels - which are in particular originally ferrite, preferably ideally ferromagnetic, set. By embroidering beyond 1000 ° C. (austenitizing) it is achieved that nitrogen (in particular in sufficient quantities) dissolves in the matrix (of the structure of the first and / or second base material). A rapid cooling counteracts good magnetic properties but leads to the envisaged increase in hardness due to martensite formation. Slow cooling would lead to the formation of Cr nitrides, which, although increasing the hardness, use nitrogen to bind the chromium in larger quantities, thus drastically reducing corrosion resistance. According to the HT-N process is performed so that holding times and annealing temperatures (holding temperatures) are reduced with a high nitrogen supply at the same time.
Durch das Verfahren zur Herstellung der Materialeigenschaften des Magnetankers und/oder Magnetkerns (harte Diffusionsschicht bei gleichzeitig geringer Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften des Grundmaterials) wird in besonders vorteilhafter Weise eine Einstellung dieser Materialeigenschaften mit geringer Streuung über diverse Stoffchargen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung realisiert. Bevorzugt weist der Magnetanker und/oder Magnetkern (Innenpol) ein nichtrostendes Stahlmaterial auf, welches insbesondere aufgrund einer vorgegebenen Schwankungsbreite der chemischen Zusammensetzung bei Temperaturen jenseits von 1100°C einen vergleichsweise stark schwankenden Austenitanteil aufweist. Entsprechend schwankt auch der mögliche Martensitanteil und somit die Sättigungspolarisation, Permeabilität und Koerzitivfeldstärke nach Tiefkühlen und Anlassen.By the method for producing the material properties of the magnet armature and / or magnetic core (hard diffusion layer with at the same time little influence on the magnetic properties of the base material) is an adjustment of these material properties with low scattering over various batches of material with different chemical in a particularly advantageous manner Composition realized. Preferably, the magnet armature and / or magnetic core (inner pole) on a stainless steel material, which in particular due to a predetermined range of variation of the chemical composition at temperatures beyond 1100 ° C has a comparatively strongly fluctuating austenite content. Accordingly, the possible martensite content and thus the saturation polarization, permeability and coercivity vary after freezing and tempering.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem HT-N-Prozess eine Haltezeit und/oder eine Haltetemperatur derart gesteuert werden,
- – dass sich eine magnetische Sättigungsinduktion der ersten Diffusionsschicht von einer magnetischen Sättigungsinduktion des ersten Grundkörpers um weniger als 20 %, bevorzugt weniger als 10 %, besonders bevorzugt um weniger als 1 %, ganz besonders bevorzugt um weniger als 0,1 % unterscheidet, und/oder,
- – dass sich eine magnetische Sättigungsinduktion der zweiten Diffusionsschicht von einer magnetischen Sättigungsinduktion des zweiten Grundkörpers um weniger als 20 %, bevorzugt weniger als 10 %, besonders bevorzugt um weniger als 1 %, ganz besonders bevorzugt um weniger als 0,1 % unterscheidet, wobei insbesondere das Gefüge des ersten und/oder zweiten Grundmaterials ferritisch, bevorzugt ferromagnetisch, besonders bevorzugt ideal ferromagnetisch, eingestellt wird.
- A magnetic saturation induction of the first diffusion layer is different from a magnetic saturation induction of the first basic body by less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 1%, most preferably less than 0.1%, and / or or,
- A magnetic saturation induction of the second diffusion layer is different from a magnetic saturation induction of the second basic body by less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 1%, most preferably less than 0.1%, in particular the structure of the first and / or second base material is set ferritically, preferably ferromagnetically, more preferably ideally ferromagnetically.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine stickstoffgehärtete erste und/oder zweite Diffusionsschicht zu erzeugen, wobei die magnetischen Eigenschaften des ersten und/oder zweiten Grundmaterials dennoch erhalten bleiben. Im Unterschied zu Verschleißlösungen (Cr-Schicht) wird bei der erfindungsmäßigen Diffusionsschicht die Haftbeständigkeit nicht nachteilhaft beeinflusst, da die Diffusionsschicht nicht aufwächst, sondern in den Kern kontinuierlich „einwächst“.In this way, it is advantageously possible to produce a nitrogen-hardened first and / or second diffusion layer, wherein the magnetic properties of the first and / or second base material nevertheless remain intact. In contrast to wear solutions (Cr layer), the adhesion resistance is not adversely affected in the inventive diffusion layer, since the diffusion layer does not grow, but continuously "grows" in the core.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem HT-N-Prozess die Haltezeit und/oder Haltetemperatur derart gesteuert wird, dass das erste und/oder zweite Grundmaterial im Bereich der ersten und/oder zweiten Diffusionsschicht eine Vickershärte zwischen 100 HV und 800 HV, bevorzugt zwischen 400 HV und 750 HV, besonders bevorzugt zwischen 550 HV und 700 HV, aufweist. According to a further preferred development, it is provided that in the HT-N process the holding time and / or holding temperature is controlled such that the first and / or second base material in the region of the first and / or second diffusion layer has a Vickers hardness between 100 HV and 800 HV, preferably between 400 HV and 750 HV, more preferably between 550 HV and 700 HV.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, ein vergleichsweise verschleißfestes Magnetventil bereitzustellen.As a result, it is advantageously possible to provide a comparatively wear-resistant magnetic valve.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem HT-N-Prozess die Haltezeit und Haltetemperatur derart gesteuert wird, dass die erste und/oder zweite Diffusionsschicht eine Schichtdicke zwischen 10 Mikrometer und 500 Mikrometer, bevorzugt zwischen 50 Mikrometer und 350 Mikrometer, besonders bevorzugt zwischen 100 Mikrometer und 250 Mikrometer, aufweist.According to a further preferred development, it is provided that in the HT-N process, the hold time and hold temperature is controlled such that the first and / or second diffusion layer has a layer thickness between 10 microns and 500 microns, preferably between 50 microns and 350 microns, especially preferably between 100 microns and 250 microns.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem HT-N-Prozess Stickstoff in das erste und/oder zweite Grundmaterial bei einem Stickstoffüberdruck zwischen 0 bar und 5 bar, bevorzugt zwischen 0,1 und 4 bar, besonders bevorzugt zwischen 0,5 bar und 3,5 bar und/oder einer Haltetemperatur zwischen 800 °C und 1500 °C, bevorzugt zwischen 900 °C und 1400 °C, besonders bevorzugt zwischen 1000 °C und 1300 °C, eindiffundiert wird.According to a further preferred embodiment, it is provided that in the HT-N process nitrogen in the first and / or second base material at a nitrogen pressure between 0 bar and 5 bar, preferably between 0.1 and 4 bar, more preferably between 0.5 bar and 3.5 bar and / or a holding temperature between 800 ° C and 1500 ° C, preferably between 900 ° C and 1400 ° C, more preferably between 1000 ° C and 1300 ° C, is diffused.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine stickstoffgehärtete erste und/oder zweite Diffusionsschicht zu erzeugen.As a result, it is advantageously possible to produce a nitrogen-hardened first and / or second diffusion layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Basisprozess des HT-N-Prozess die folgenden, insbesondere zeitlich aufeinanderfolgenden, Verfahrensschritte umfasst:
- – Halten bei der Haltetemperatur und dem Stickstoffüberdruck,
- – Abschrecken in einer Stickstoffatmosphäre auf eine Abschrecktemperatur, wobei die Abschrecktemperatur bevorzugt 70 °C beträgt,
- – insbesondere Tiefkühlen bei einer Tiefkühltemperatur, wobei die Tiefkühltemperatur bevorzugt zwischen –90 °C und –60 °C beträgt,
- – insbesondere Anlassen bei Einer Anlasstemperatur, wobei die Anlasstemperatur bevorzugt zwischen 180 °C und 600 °C beträgt.
- Holding at the holding temperature and the nitrogen overpressure,
- Quenching in a nitrogen atmosphere to a quenching temperature, the quenching temperature preferably being 70 ° C,
- In particular freezing at a deep-freezing temperature, wherein the deep-freezing temperature is preferably between -90 ° C and -60 ° C,
- - In particular tempering at a tempering temperature, wherein the tempering temperature is preferably between 180 ° C and 600 ° C.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass der Magnetanker eine martensitische Randschicht und einen ferritischen bzw. ferromagnetischen Kern aufweist und/oder der Magnetkern (Innenpol) ebenso im Kern ferritisch bzw. ferromagnetisch und in der Randschicht martensitisch ist. Insbesondere sind das erste und/oder zweite Grundmaterial als nichtrostende ferritische Stäbe ausgebildet. As a result, it is advantageously possible that the magnet armature has a martensitic edge layer and a ferrite or ferromagnetic core and / or the magnet core (inner pole) is likewise ferritic or ferromagnetic in the core and martensitic in the boundary layer. In particular, the first and / or second base material are formed as stainless ferritic rods.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste und/oder zweite Grundmaterial mit Niob und/oder Titan legiert.According to a preferred development of the method according to the invention, the first and / or second base material is alloyed with niobium and / or titanium.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, stabilere magnetische Eigenschaften und Korrosionseigenschaften auch bei Schwankungen der Werkstoffchemie zu gewährleisten.This makes it possible advantageously, more stable magnetic properties and Corrosion properties to ensure even with variations in materials chemistry.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Magnetventils ist vorgesehen, dass ein Stickstoffgehalt der ersten Diffusionsschicht von einer Oberfläche der ersten Diffusionsschicht zu einem Kern des ersten Grundmaterials hin, insbesondere stetig, abnimmt und/oder ein Stickstoffgehalt der zweiten Diffusionsschicht von einer Oberfläche der zweiten Diffusionsschicht zu einem Kern des zweiten Grundmaterials hin, insbesondere stetig, abnimmt.According to a further preferred development of the magnetic valve according to the invention, it is provided that a nitrogen content of the first diffusion layer decreases from a surface of the first diffusion layer towards a core of the first base material, in particular continuously, and / or a nitrogen content of the second diffusion layer from a surface of the second diffusion layer increases a core of the second base material towards, in particular steadily decreases.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das Magnetventil besonders kostengünstig und dennoch mit einer besonders guten Verschleißfestigkeit bzw. mit einer besonders guten Lebensdauerstabilität zu realisieren.This makes it advantageously possible to realize the solenoid valve particularly cost-effective and yet with a particularly good wear resistance or with a particularly good service life stability.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigenShow it
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.
Zur Verstärkung des Materials (nachfolgend auch Grundmaterial genannt) des Magnetankers
Die erste Diffusionsschicht
In
Die zweite Diffusionsschicht
Erfindungsgemäß ist bei allen Ausführungsformen vorgesehen, die erste Diffusionsschicht
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (nicht dargestellt) wird der Magnetanker
Claims (9)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed |