EP2816574A2 - Anker für ein Magnetventil - Google Patents

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EP2816574A2
EP2816574A2 EP14166711.3A EP14166711A EP2816574A2 EP 2816574 A2 EP2816574 A2 EP 2816574A2 EP 14166711 A EP14166711 A EP 14166711A EP 2816574 A2 EP2816574 A2 EP 2816574A2
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EP
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armature
anchor
alloy material
anchor according
plate
Prior art date
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Withdrawn
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EP14166711.3A
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English (en)
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Inventor
Jochen Rager
Arne Huber
Witold Pieper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys

Definitions

  • the invention relates to an armature for a solenoid valve, in particular for a solenoid valve of a fuel injection valve for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
  • solenoid valves have become known as fuel injection valves for internal combustion engines, in which an electromagnet attracts an armature and thus releases an outlet opening of the valve serving as an injection opening in order to selectively inject a fuel through the injection opening of the injection valve into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the dynamics of the injection process and the maximum possible injection pressure also depend on the magnetic properties of the armature.
  • an improvement in the maximum possible anchor force is evident, in particular in the case of limited installation space, and an improvement in the dynamics of the shifting process, in particular when the injection pressure is still to be increased.
  • the invention relates to an armature for a solenoid valve, in particular for a fuel injection valve, having an armature plate and an armature shaft, wherein the armature plate is formed from a magnetic FeCo alloy material.
  • This allows higher force and valve dynamics to be achieved due to the higher saturation magnetization of the FeCo alloy material.
  • the improved dynamics lead to a faster response of the valve and thus to shorter injection times.
  • the higher force enables a higher injection pressure with a smaller size.
  • the armature is formed of an anchor plate made of a FeCo alloy material and an armature shaft of a steel material, hard metal, such as WC / Co or ceramic, which are interconnected. It can thereby be achieved that the magnetic properties of the armature plate and the wear properties of the armature shaft can each be optimized.
  • FeCo anchor The advantage over a one-piece FeCo anchor is a cost reduction by saving the expensive FeCo material. FeCo also shows a wear resistance that is insufficient for the shaft.
  • the anchor shaft is made of a tool steel, a high-speed steel or a bearing steel. This allows the production of an anchor shaft with good wear properties, ie a low wear.
  • anchor shaft is produced in a powder metallurgy process. This allows a near-net shape production of the component, which reduces the amount of post-processing and thus reduces costs.
  • the armature or anchor plate made of the FeCo alloy material are made by a powder metallurgy method. This also allows a near-net shape production of the component, which reduces the amount of post-processing and thus reduces costs.
  • the powder metallurgical process is a sintering press technique or a metal powder injection molding.
  • the powder metallurgical process is a sintering press technique or a metal powder injection molding.
  • the anchor plate and the armature shaft are connected by means of laser welding, peel riveting or sintering.
  • the sintering is particularly advantageous when the anchor plate and possibly also the anchor shaft is produced by means of a powder metallurgical process. Then, advantageously, sintering or co-sintering may be performed.
  • the FeCo alloy material has a Co content of 17% to 50%. As a result, the preferred saturation magnetizations can be achieved.
  • the FeCo alloy material is FeCo49V2.
  • a high saturation magnetization can be realized with very good soft magnetic properties and with a high electrical resistance.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a solenoid valve 1, as it can be used for example as a fuel injection valve for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • the solenoid valve 1 has a housing 2, wherein in the housing 2, a magnet pot 3 with a magnetic coil 4 and an armature 5 is arranged.
  • the housing 2 is in the embodiment of FIG. 1 formed in two parts, wherein the two partial housings are connected to each other by means of a closure element. In another embodiment, the housing 2 may also be formed in one or more parts.
  • the armature 5 has an armature plate 6 and an armature shaft 7, which are interconnected.
  • the armature shaft 7 forms a sleeve which is displaceable along an axis 8 in the axial direction, wherein the axis 8 is received within a central bore 9 of the armature shaft 7.
  • the armature plate 6 is arranged and connected to the sleeve-shaped armature shaft 7 such that the armature plate 6 protrudes substantially in the radial direction to the armature shaft 7 and is arranged in a plane which is opposite to a plane of the magnet pot 3 and the magnet coil 4.
  • the plane of the anchor plate 6 is thus perpendicular to the axis eighth
  • the armature 5 is displaceable in the axial direction counter to the restoring force of the spring 10, so that the tip 11 of the armature shaft 7 lifts from a support 12 and allows fluid communication between the interior 14 of the solenoid valve 1 and the outlet 13, so that a fluid, such as For example, a fuel from the solenoid valve 1 under high pressure, for example, in a combustion chamber of an internal combustion engine, can be injected.
  • the invention also relates in particular to indirectly connected solenoid valves in which a hydraulic coupling between the solenoid valve and the valve needle is present.
  • the armature plate is formed in a preferred embodiment of an FeCo alloy material, so that due to the increased saturation magnetization of the FeCo alloy material with comparable size higher dynamics and a higher injection pressure can be achieved by the solenoid valve 1.
  • the armature 5 may be formed in two parts, wherein the armature plate 6 is made of a FeCo alloy material, so that there are for the operation of the solenoid valve 1, the favorable magnetic properties.
  • the armature shaft 7, however, is preferably formed from a steel material, which has favorable wear properties, so that with constant displacement of the armature 5 during operation, only a small amount of wear occurs.
  • a material for the armature shaft 7, a tool steel, a high-speed steel or a rolling bearing steel can be used. Also, a hard metal, such as WC / Co or ceramic can be used.
  • the armature shaft 7 may be used as a forged or stamped or cast blank, if necessary, also made of sintered material, which possibly still afterwards is finished before the armature shaft 7 is connected to the anchor plate 6 and joined.
  • the joining can take place by means of a welding or riveting process, it also being possible to use a sintering process, in particular in the event that the anchor plate and possibly also the anchor shank consists of a sintered material. It can therefore be used for the connection between the anchor plate 6 and the armature shaft 7 co-sintering or sintering.
  • the FeCo alloy with a cobalt content of 17% to 50% is used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anker (5) für ein Magnetventil (1), insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil, mit einer Ankerplatte (6) und einem Ankerschaft (7), wobei die Ankerplatte (6) aus einem magnetischen FeCo-Legierungsmaterial gebildet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Anker für ein Magnetventil, insbesondere für ein Magnetventil eines Brennstoffeinspritzventils für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
  • Im Stand der Technik sind Magnetventile als Brennstoffeinspritzventile für Verbrennungsmotoren bekannt geworden, bei welchen ein Elektromagnet einen Anker anzieht und damit eine als Einspritzöffnung dienende Auslassöffnung des Ventils freigibt, um einen Brennstoff durch die Einspritzöffnung des Einspritzventils in einen Brennraum des Verbrennungsmotors gezielt einzuspritzen.
  • Durch die US 7 053 741 B2 ist ein Einspritzventil mit einem Anker mit einer Ankerplatte aus einem FeSi-Material bekannt geworden, bei welchem der Schaft des Ankers aus einem Stahlmaterial gefertigt ist.
  • Dabei hängen die Dynamik des Einspritzvorgangs und der maximal mögliche Einspritzdruck auch von den magnetischen Eigenschaften des Ankers ab. Bei den bekannten FeSi-Materialien zeigt sich eine verbesserungswürdige maximale Ankerkraft insbesondere bei begrenztem Bauraum, sowie eine verbesserungswürdige Dynamik des Schaltvorgangs insbesondere bei noch zu steigerndem Einspritzdruck.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Anker zu schaffen, welcher insbesondere auch ohne Veränderung der Baugröße eine höhere Dynamik und einen höheren Einspritzdruck erlaubt.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Die Erfindung betrifft einen Anker für ein Magnetventil, insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil, mit einer Ankerplatte und einem Ankerschaft, wobei die Ankerplatte aus einem magnetischen FeCo-Legierungsmaterial gebildet ist. Dies erlaubt aufgrund der höheren Sättigungsmagnetisierung des FeCo-Legierungsmaterials das Erreichen einer höheren Kraft und der höheren Dynamik des Ventils. Die verbesserte Dynamik führt zu einem schnelleren Ansprechen des Ventils und damit zu kürzeren Einspritzzeiten. Die höhere Kraft ermöglicht einen höheren Einspritzdruck bei geringer Baugröße.
  • Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn der Anker aus einer Ankerplatte aus einem FeCo-Legierungsmaterial und aus einem Ankerschaft aus einem Stahlmaterial, Hartmetall, wie zum Beispiel WC/Co oder Keramik gebildet ist, die miteinander verbunden sind. Dadurch kann erreicht werden, dass die magnetischen Eigenschaften der Ankerplatte und die Verschleißeigenschaften des Ankerschafts jeweils optimiert werden können.
  • Der Vorteil gegenüber einem einteiligen FeCo-Anker ist eine Kostenreduzierung durch Einsparung des teuren FeCo-Materials. Auch zeigt FeCo eine für den Schaft nicht ausreichende Verschleißbeständigkeit.
  • Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Ankerschaft aus einem Werkzeugstahl, einem Schnellarbeitsstahl oder einem Wälzlagerstahl hergestellt ist. Dies erlaubt die Herstellung eines Ankerschafts mit guten Verschleißeigenschaften, also einem niedrigen Verschleiß.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Ankerschaft in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist. Dies erlaubt eine endkonturnahe Herstellung des Bauteils, was den Umfang der Nachbearbeitung reduziert und damit die Kosten senkt.
  • Auch ist es bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn der Anker oder die Ankerplatte, welche aus dem FeCo-Legierungsmaterial hergestellt sind, durch ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt sind. Dies erlaubt ebenso eine endkonturnahe Herstellung des Bauteils, was den Umfang der Nachbearbeitung reduziert und damit die Kosten senkt.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn das pulvermetallurgische Verfahren eine Sinterpresstechnik oder ein Metallpulverspritzgießen ist. Dadurch lassen sich endkonturnahe Bauteile zu kostengünstigen Konditionen herstellen.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Ankerplatte und der Ankerschaft mittels Laserschweißen, Schälnieten oder Sintern verbunden sind. Dabei ist das Sintern dann besonders vorteilhaft, wenn die Ankerplatte und ggf. auch der Ankerschaft mittels eines pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt ist. Dann kann vorteilhaft ein Sinterfügen oder ein Co-Sintern durchgeführt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das FeCo-Legierungsmaterial einen Co-Gehalt von 17% bis 50% aufweist. Dadurch lassen sich die bevorzugten Sättigungsmagnetisierungen erreichen.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das FeCo-Legierungsmaterial FeCo49V2 ist. Dadurch läßt sich eine hohe Sättigungsmagnetisierung mit sehr guten weichmagnetischen Eigenschaften sowie mit einem hohen elektrischen Widerstand realisieren.
  • Weiteren Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend und die nachfolgend beschriebenen Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1
    zeigt eine schematische Ansicht eines Magnetventils mit Anker.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Magnetventils 1, wie es beispielsweise als Brennstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, einsetzbar ist.
  • Das Magnetventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, wobei in dem Gehäuse 2 ein Magnettopf 3 mit einer Magnetspule 4 und ein Anker 5 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1 zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Teilgehäuse mittels eines Verschlusselements miteinander verbunden sind. Bei einem anderweitigen Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 2 auch einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Anker 5 weist eine Ankerplatte 6 und einen Ankerschaft 7 auf, die miteinander verbunden sind. Der Ankerschaft 7 bildet eine Hülse, die entlang einer Achse 8 in axialer Richtung verlagerbar ist, wobei die Achse 8 innerhalb einer zentralen Bohrung 9 des Ankerschafts 7 aufgenommen ist.
  • Die Ankerplatte 6 ist mit dem hülsenförmigen Ankerschaft 7 derart angeordnet und verbunden, dass die Ankerplatte 6 im Wesentlichen in radialer Richtung zu dem Ankerschaft 7 absteht und in einer Ebene angeordnet ist, die einer Ebene des Magnettopfs 3 und der Magnetspule 4 gegenüberliegt. Die Ebene der Ankerplatte 6 steht somit senkrecht zur Achse 8.
  • Der Anker 5 ist entgegen der Rückstellkraft der Feder 10 in axialer Richtung verlagerbar, so dass die Spitze 11 des Ankerschafts 7 von einer Auflage 12 abhebt und eine Fluidverbindung zwischen dem Innenraum 14 des Magnetventils 1 und der Auslassöffnung 13 erlaubt, so dass ein Fluid, wie beispielsweise ein Brennstoff, aus dem Magnetventil 1 unter hohem Druck, beispielsweise in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, eingespritzt werden kann. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf indirekt geschaltete Magnetventile, bei denen eine hydraulische Kopplung zwischen dem Magnetventil und der Ventilnadel vorhanden ist.
  • Die Ankerplatte ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem FeCo-Legierungsmaterial ausgebildet, so dass aufgrund der erhöhten Sättigungsmagnetisierung des FeCo-Legierungsmaterials bei vergleichbarer Baugröße eine höhere Dynamik und ein höherer Einspritzdruck durch das Magnetventil 1 erreichbar sind.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Anker 5 zweiteilig ausgebildet sein, wobei die Ankerplatte 6 aus einem FeCo-Legierungsmaterial hergestellt ist, so dass für die Betätigung des Magnetventils 1 die günstigen magnetischen Eigenschaften vorliegen. Der Ankerschaft 7 hingegen ist bevorzugt aus einem Stahlmaterial gebildet, welches günstige Verschleißeigenschaften aufweist, so dass bei ständiger Verlagerung des Ankers 5 im Betrieb nur ein geringer Verschleiß entsteht. Als Material für den Ankerschaft 7 kann ein Werkzeugstahl, ein Schnellarbeitsstahl oder ein Wälzlagerstahl eingesetzt werden. Auch kann ein Hartmetall, wie zum Beispiel WC/Co oder Keramik eingesetzt werden.
  • Dabei kann der Ankerschaft 7 als geschmiedeter oder gestanzter oder gegossener Rohling ggf. auch aus gesintertem Material eingesetzt werden, der ggf. anschließend noch endbearbeitet wird, bevor der Ankerschaft 7 mit der Ankerplatte 6 verbunden und gefügt wird. Das Fügen kann durch einen Schweiß- oder Nietvorgang erfolgen, wobei bevorzugt auch ein Sintervorgang einsetzbar ist, insbesondere in dem Falle, dass die Ankerplatte und ggf. auch der Ankerschaft aus einem gesinterten Material besteht. Es kann also ein Co-Sintern oder ein Sinterfügen für die Verbindung zwischen der Ankerplatte 6 und dem Ankerschaft 7 eingesetzt werden.
  • Zur Erzielung der gewünschten Sättigungsmagnetisierung wird die FeCo-Legierung mit einem Kobaltgehalt von 17% bis 50% eingesetzt. Dabei ist ein bevorzugtes Material FeCo49 V2.

Claims (9)

  1. Anker (5) für ein Magnetventil (1), insbesondere für ein Brennstoffeinspritzventil, mit einer Ankerplatte (6) und einem Ankerschaft (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (6) aus einem magnetischen FeCo-Legierungsmaterial gebildet ist.
  2. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) aus einer Ankerplatte (6) aus einem FeCo-Legierungsmaterial und aus einem Ankerschaft (7) aus einem Stahlmaterial, Hartmetall, wie zum Beispiel WC/Co oder Keramik gebildet ist, die miteinander verbunden sind.
  3. Anker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerschaft (7) aus einem Werkzeugstahl, einem Schnellarbeitsstahl oder einem Wälzlagerstahl hergestellt ist.
  4. Anker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerschaft (7) in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist.
  5. Anker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) oder die Ankerplatte (6), welche aus dem FeCo-Legierungsmaterial hergestellt sind, durch ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt sind.
  6. Anker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das pulvermetallurgische Verfahren eine Sinterpresstechnik oder ein Metallpulverspritzgießen ist.
  7. Anker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (6) mit dem Ankerschaft (7) mittels Laserschweißen, Schälnieten oder Sintern verbunden ist.
  8. Anker nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das FeCo-Legierungsmaterial einen Co-Gehalt von 17% bis 50% aufweist.
  9. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das FeCo-Legierungsmaterial FeCo49V2 ist.
EP14166711.3A 2013-06-17 2014-04-30 Anker für ein Magnetventil Withdrawn EP2816574A3 (de)

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