WO2015110199A1 - Verfahren zur herstellung eines magnetventils - Google Patents

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WO2015110199A1
WO2015110199A1 PCT/EP2014/075286 EP2014075286W WO2015110199A1 WO 2015110199 A1 WO2015110199 A1 WO 2015110199A1 EP 2014075286 W EP2014075286 W EP 2014075286W WO 2015110199 A1 WO2015110199 A1 WO 2015110199A1
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base material
diffusion layer
solenoid valve
producing
nitrogen
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PCT/EP2014/075286
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Christian Suenkel
Joerg Abel
Martin Buehner
Guido Pilgram
Thomas Sailer
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/9061—Special treatments for modifying the properties of metals used for fuel injection apparatus, e.g. modifying mechanical or electromagnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solenoid valve according to the preamble of claim 1.
  • Solenoid valves in particular of injection valves, it is known that to increase the wear resistance to impact and rubbing wear the contact partners (armature and inner pole) with a
  • the invention enables the production of a nitrogen-hardened layer with low scattering over various batches of material with different chemical properties
  • Nitrogen is preferably used during the high pressure embroidering process (HT-N process) in a nitrogen atmosphere with 0.5-3.5 bar gauge - i. a nitrogen gas pressure equal to the sum of atmospheric pressure (1013.25 hectopascal) and gauge pressure - at holding temperatures between 1000 ° C and 1300 ° C in the base material - i. the first and second base material - diffused. Holding times and holding temperatures are to be chosen in particular such that the following properties are achieved:
  • 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
  • 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 relatively 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 - on, - in the HT-N process is a saturation induction relative to the
  • 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.
  • a material - in particular stainless steels - which are in particular originally ferrite, preferably ideally ferromagnetic, set.
  • 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.
  • Magnetic anchor and / or magnetic core (hard diffusion layer with at the same time little influence on the magnetic properties of the base material) is in a particularly advantageous manner, an adjustment of this
  • 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.
  • 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 ferritic, preferably ferromagnetic, particularly preferably ideal
  • ferromagnetic is set.
  • the adhesion resistance is not adversely affected in the inventive diffusion layer, since the diffusion layer does not grow, but in the core continuously "grows".
  • 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.
  • Solenoid valve provide.
  • the holding time and holding temperature are controlled such that the first and / or second diffusion layer has a layer thickness between 10
  • Micrometers and 500 microns preferably between 50 microns and 350 microns, more preferably between 100 microns and 250 microns, having.
  • 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 one
  • the quenching temperature preferably being 70 ° C
  • Frozen temperature is preferably between -90 ° C and -60 ° C
  • Tempering temperature is preferably between 180 ° C and 600 ° C. As a result, it is advantageously possible that the magnet armature is a martensitic
  • the ferromagnetic and in the boundary layer is martensitic.
  • the first and / or second base material are formed as stainless ferritic rods.
  • the first and / or second base material is alloyed with niobium and / or titanium.
  • Figures 1 and 2 are schematic views of a solenoid valve according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows schematically a sectional view of a solenoid valve 113 according to the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows a
  • the solenoid valve 113 is in particular a fuel injection valve for liquid fuel.
  • the solenoid valve points a valve needle 110 and a return spring 114.
  • the magnet valve 113 is substantially rotationally symmetrical with respect to an axis 112.
  • a magnetically soft armature 106 (also referred to below as magnet armature 106) made of a ferromagnetic material is axially displaceably mounted and is called magnet coil 103 when the coil 103 is turned on ) by the resulting magnetic force of a soft magnetic inner pole 111 (hereinafter also referred to as magnetic core 111) tightened.
  • magnetic core 111 a soft magnetic inner pole 111
  • For a large magnetic force is to strive that the magnetic flux as completely as possible - for example, in Figure 2 shown - armature air gap 107 (between armature 106 and magnetic core 111) passes.
  • valve sleeve 105 (also referred to below as sleeve 105) in the region of the armature air gap 107 is provided with an annular groove (also referred to below as a groove or as a thin-wall region).
  • Thin wall region causes due to the small residual wall thickness (the sleeve 105), a reduction of the cross section of the valve sleeve 105, so that the magnetic flux almost completely in the armature air gap 107 and not unused in the sleeve 105 runs.
  • the valve sleeve 105 has the task to seal the interior against the environment.
  • the fuel pressure inside the sleeve 105 is generally much greater than the ambient pressure, so that the sleeve 105 is pressurized and must absorb high radial forces.
  • a first diffusion layer 108 is provided on the magnet armature 106 and / or that a second diffusion layer 109 is provided on the magnet core 111.
  • the first diffusion layer 108 and / or the second diffusion layer 109 are produced in a high-pressure embroidering process (HT-N process).
  • the first diffusion layer 108 and / or the second diffusion layer 109 has, in particular, a greater wear resistance than the base material of the magnet armature 106 and / or magnetic core 111, so that the longevity of the moving relative to one another and optimized for their magnetic properties elements (ie, the armature 106 and / or the magnetic core 111) can be increased in an advantageous manner.
  • valve needle 110 has an element 110 ', which in particular is firmly (i.e., in particular positively and / or non-positively and / or materially bonded) and thus not connected in a relatively movable manner to the base material of the valve needle 110.
  • the armature 106 is relatively displaceable (or relatively movable) parallel to the axial extent of the valve needle 110 (i.e.
  • Solenoid valve 113 (due to its relative movement with respect to the valve needle 110 and thus also with respect to the valve needle 110 connected to the element 110 ') at the frets, wherein in this
  • the second diffusion layer 109 is according to the invention in particular on
  • Magnetic core 111 is provided so as to cover the surface area of the magnetic core 111 opposite to the magnet armature 106 (that is, in this area covers the base material of the magnetic core 111). This area is also substantially perpendicular to the axial direction of valve needle 110 (i.e., perpendicular to axis 112). Furthermore, according to the invention, the second diffusion layer 109 is arranged in particular also in that region of the magnetic core 111, with respect to which the valve needle 110 (or an element moving with the valve needle) moves. In this area, the surface area of the magnetic core 111 is cylindrical and parallel to the axial direction of the valve needle 110.
  • the magnet armature 106 and / or the inner pole 111 is completely enveloped by the first or second diffusion layer 108, 109, wherein in particular the first and / or second diffusion layer forms everywhere where the component surface in
  • a layer only partially (i.e., not completely) enveloping the magnet armature 106 and / or inner pole 111 may be produced in a post-processing step.

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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.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 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.
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 werden
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.
Offenbarung der Erfindung
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.
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.
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 Restausten it). 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.
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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen entnehmbar.
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.
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".
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.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, ein vergleichsweise verschleißfestes
Magnetventil bereitzustellen.
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.
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.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine stickstoffgehärtete erste und/oder zweite Diffusionsschicht zu erzeugen.
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. 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.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste und/oder zweite Grundmaterial mit Niob und/oder Titan legiert. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, stabilere magnetische Eigenschaften und Korrosionseigenschaften auch bei Schwankungen der Werkstoffchemie zu gewährleisten.
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.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das Magnetventil besonders kostengünstig und dennoch mit einer besonders guten Verschleißfestigkeit bzw. mit einer besonders guten Lebensdauerstabilität zu realisieren.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figuren 1 und 2 schematisch Ansichten eines Magnetventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
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.
Figur 1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines Magnetventils 113 gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt schematisch einen
Detailausschnitt der Schnittdarstellung gemäß Figur 1. Das Magnetventil 113 ist insbesondere ein Einspritzventil für flüssigen Kraftstoff. Das Magnetventil weist eine Ventilnadel 110 und eine Rückstellfeder 114 auf. Das Magnetventil 113 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse 112. Ein weichmagnetischer, d.h. insbesondere aus einem ferromagnetischen Material gefertigter, Anker 106 (im Folgenden auch Magnetanker 106 genannt) ist axial verschiebbar gelagert und wird bei eingeschalteter Spule 103 (im Folgenden auch Magnetspule 103 genannt) durch die resultierende Magnetkraft von einem weichmagnetischen Innenpol 111 (im Folgenden auch Magnetkern 111 genannt) angezogen. Für eine große Magnetkraft ist anzustreben, dass der magnetische Fluss möglichst vollständig einen - beispielsweise in Figur 2 dargestellten - Ankerluftspalt 107 (zwischen Magnetanker 106 und Magnetkern 111) durchsetzt.
Hierzu ist insbesondere eine Ventilhülse 105 (im Folgenden auch Hülse 105 genannt) im Bereich des Ankerluftspalts 107 mit einer Ringnut (im Folgenden auch als Nut bzw. als Dünnwandbereich bezeichnet) versehen. Dieser
Dünnwandbereich bewirkt aufgrund der geringen Restwandstärke (der Hülse 105) eine Reduzierung des Querschnitts der Ventilhülse 105, so dass der magnetische Fluss fast vollständig im Ankerluftspalt 107 und nicht ungenutzt in der Hülse 105 verläuft. Die Ventilhülse 105 hat die Aufgabe, den Innenraum gegen die Umgebung abzudichten. Der Kraftstoff druck im inneren der Hülse 105 ist dabei in der Regel deutlich größer als der Umgebungsdruck, so dass die Hülse 105 druckbeaufschlagt ist und hohe Radialkräfte aufnehmen muss.
Zur Verstärkung des Materials (nachfolgend auch Grundmaterial genannt) des Magnetankers 106 und/oder des Magnetkerns 111 - insbesondere in solchen Bereichen (insbesondere Oberflächenbereichen) von Magnetanker 106 und/oder Magnetkern 111, die einem erhöhten Verschleiß gegen reibenden bzw.
schlagenden Verschleiß ausgesetzt sind - ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste Diffusionsschicht 108 am Magnetanker 106 vorgesehen ist und/oder dass eine zweite Diffusionsschicht 109 am Magnetkern 111 vorgesehen ist. Die erste Diffusionsschicht 108 und/oder die zweite Diffusionsschicht 109 werden erfindungsgemäß in einem Hochdruckaufstickprozess (HT-N-Prozess) erzeugt.
Die erste Diffusionsschicht 108 und/oder die zweite Diffusionsschicht 109 weist insbesondere eine größere Verschleißbeständigkeit als das Grundmaterial von Magnetanker 106 und/oder Magnetkern 111 auf, so dass die Langlebigkeit der sich relativ zueinander bewegenden und auf ihre magnetischen Eigenschaften hin optimierten Elemente (d.h. der Magnetanker 106 und/oder der Magnetkern 111) in vorteilhafter Weise erhöht werden kann.
In Figur 2 ist erkennbar, dass die Ventilnadel 110 ein Element 110' aufweist, das insbesondere fest (d.h. insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig) und damit nicht relativbeweglich mit dem Grundmaterial der Ventilnadel 110 verbunden ist. Gegenüber diesem mit der Ventilnadel 110 verbundenen Element 110' ist der Magnetanker 106 relativverschieblich (bzw. relativbeweglich) parallel zur axialen Erstreckung der Ventilnadel 110 (d.h.
parallel zur Achse 112), wobei die Relativbeweglichkeit des Magnetankers 106 durch zwei Bünde (mit dem Bezugszeichen 110' bezeichnet und nachfolgend auch Anschlagbünde genannt) des mit der Ventilnadel 110 verbundenen Elements 110' begrenzt ist. Der Magnetanker 106 stößt im Betrieb des
Magnetventils 113 jedoch (aufgrund seiner Relativbewegung bezüglich der Ventilnadel 110 und damit auch bezüglich dem mit der Ventilnadel 110 verbundenen Element 110') an den Bünden an, wobei in diesen
Oberflächenbereichen des Magnetankers 106 ein Verschleißschutz in Form der ersten Diffusionsschicht 108 vorgesehen ist.
Die zweite Diffusionsschicht 109 ist erfindungsgemäß insbesondere am
Magnetkern 111 derart vorgesehen, dass es den dem Magnetanker 106 gegenüberliegenden Oberflächenbereich des Magnetkerns 111 abdeckt (d.h. in diesem Bereich das Grundmaterial des Magnetkerns 111 abdeckt). Dieser Bereich ist ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung der Ventilnadel 110 (d.h. senkrecht zur Achse 112) angeordnet. Weiterhin ist die zweite Diffusionsschicht 109 erfindungsgemäß insbesondere auch in demjenigen Bereich des Magnetkerns 111 angeordnet, gegenüber dem sich die Ventilnadel 110 (bzw. ein mit der Ventilnadel sich mitbewegendes Element) bewegt. In diesem Bereich ist der Oberflächenbereich des Magnetkerns 111 zylinderförmig und parallel zur axialen Richtung der Ventilnadel 110 vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist bei allen Ausführungsformen vorgesehen, die erste Diffusionsschicht 108 und/oder die zweite Diffusionsschicht 109 mittels eines Hochdruckaufstickprozess zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (nicht dargestellt) wird der Magnetanker 106 und/oder der Innenpol 111 vollständig von der ersten bzw. zweiten Diffusionsschicht 108, 109 umhüllt, wobei sich insbesondere die erste und/oder zweite Diffusionsschicht überall dort bildet, wo die Bauteiloberfläche in
Kontakt zur Ofenatmosphäre steht. Beispielsweise kann eine den Magnetanker 106 und/oder Innenpol 111 nur teilweise (d.h. nicht vollständig) umhüllende Schicht in einem Nachbearbeitungsschritt erzeugt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (113), insbesondere eines Brennstoffeinspritzventils, mit einer in axialer Richtung verschiebbar geführten Ventilnadel (1 10), mit einem Magnetkern (11 1), mit einem dem Magnetkern (11 1) axial gegenüberliegend angeordneten Magnetanker
(106), wobei der Magnetanker (106) an der Ventilnadel (1 10) angeordnet ist, wobei der Magnetanker (106) ein erstes Grundmaterial und der Magnetkern (1 11) ein zweites Grundmaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hochdruckaufstickprozess (HT-N- Prozess) auf dem ersten Grundmaterial eine erste Diffusionsschicht (108) und/oder auf dem zweiten Grundmaterial eine zweite Diffusionsschicht (109) erzeugt wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (113) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem HT-N-Prozess eine Haltezeit und/oder eine Haltetemperatur derart gesteuert werden,
- dass sich eine magnetische Sättigungsinduktion der ersten
Diffusionsschicht (108) 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 (109) 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. Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (113) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Grundmaterial mit Niob und/oder Titan legiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (113) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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 (108, 109) eine Vickershärte zwischen 100 HV und 800 HV, bevorzugt zwischen 400 HV und 750 HV, besonders bevorzugt zwischen 550 HV und 700 HV, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (113) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem HT-N- Prozess die Haltezeit und Haltetemperatur derart gesteuert wird, dass die erste und/oder zweite Diffusionsschicht (108, 109) eine Schichtdicke zwischen 10 Mikrometer und 500 Mikrometer, bevorzugt zwischen 50 Mikrometer und 350 Mikrometer, besonders bevorzugt zwischen 100 Mikrometer und 250 Mikrometer, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (1 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils (1 13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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.
8. Magnetventil (1 13), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Diffusionsschicht (108) eine erste Stickstoff gehärtete Oberfläche des ersten Grundmaterials und/oder die zweite Diffusionsschicht (109) eine zweite Stickstoff gehärtete Oberfläche des zweiten Grundmaterials ist, wobei insbesondere das erste und/oder zweite Grundmaterial ein Stahlmaterial umfasst.
9. Magnetventil (1 13) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stickstoffgehalt der ersten Diffusionsschicht (108) von einer Oberfläche der ersten Diffusionsschicht (108) zu einem Kern des ersten
Grundmaterials hin, insbesondere stetig, abnimmt und/oder ein
Stickstoffgehalt der zweiten Diffusionsschicht (109) von einer Oberfläche der zweiten Diffusionsschicht (109) zu einem Kern des zweiten
Grundmaterials hin, insbesondere stetig, abnimmt.
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