Titel

Magnetanker und Verfahren zum Herstellen eines Magnetankers Die Erfindung betrifft einen Magnetanker und ein Verfahren zum Herstellen eines

Magnetankers, insbesondere eines Magnetankers für ein elektromagnetisches Schaltventil, das in einer Vorrichtung zum Einspritzen eines fluiden

Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zum Einsatz kommt.

Stand der Technik

Zum Entsticken der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, hat sich die SCR-Technik („selective catalytic reduction") bewährt. Für diese Technik wurden Systeme entwickelt, welche die Einhaltung der geforderten Abgasgrenzwerte durch eine definierte Zugabe einer wässrigen Harnstoff lösung C,AdBlue") als Reduktionsmittel in den Abgasstrang des

Verbrennungsmotors und die Reduktion der Stickoxide in einem anschließenden S CR- Katalysator ermöglichen. Diese Systeme umfassen im Wesentlichen einen Reduktionsmitteltank zum Speichern des Reduktionsmittels, ein am Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnetes Dosiermodul, eine Pumpvorrichtung, die ausgebildet ist, das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank zum Dosiermodul zu fördern, und ein elektronisches Steuergerät. Wässrige Harnstoff lösung gefriert bei Temperaturen unterhalb von -11 °C. Der

Gefrierpunkt kann nicht weiter gesenkt werden, ohne die Funktionsfähigkeit als Reduktionsmittel zu beeinträchtigen. Um beim Einfrieren des Reduktionsmittels nicht durch den dabei entstehenden Eisdruck beschädigt zu werden, muss das Dosiermodul eines solches System im abgestellten Zustand vollständig entleert werden. Dazu kann insbesondere ein Schaltventil vorgesehen sein, das es ermöglicht, die Pumpvorrichtung als Rücksaugpumpe zu betreiben, um das Reduktionsmittel aus dem Dosiermodul zurück in den Reduktionsmitteltank zu fördern. Ein solches Schaltventil weist üblicherweise einen Magnetanker auf, der durch ein- und ausschaltbares elektromagnetisches Feld beweglich ist. - -

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Schaltventil und insbesondere einen solchen Magentanker zu verbessern und seinen Herstellungsprozess zu vereinfachen. Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetankers, insbesondere eines Magnetankers für ein Schaltventil, eine Korrosionsschutzschicht derart auf ein Grundmaterial aufzubringen, dass sich zumindest an der Oberfläche der Korrosionsschutzschicht Poren ausbilden, und ein Gleitmaterial auf die Korrosionsschutzschicht aufzubringen, ohne die Poren, die in der Korrosionsschutzschicht ausgebildet sind, vor dem Aufbringen eines Gleitmaterials zu verschließen.

Ein Magnetanker, insbesondere für ein Schaltventil, umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Grundmaterial, eine auf das

Grundmaterial aufgebrachte Korrosionsschutzschicht, die Poren enthält; und ein auf die Korrosionsschutzschicht aufgebrachtes Gleitmaterial. Dabei sind die Poren der Korrosionsschutzschicht vor dem Aufbringen des Gleitmaterials nicht verschlossen worden.

Die Erfindung umfasst auch ein elektromagnetisches Schaltventil mit einem Magnetanker gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie eine Vorrichtung zum Einspritzen eines fluiden Reduktionsmittels in einen

Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, mit einem Reduktionsmitteltank, der zur Speicherung des fluiden Reduktionsmittels ausgebildet ist; einem Dosiermodul, das an dem Abgasstrang angebracht und ausgebildet ist, das Reduktionsmittel dosiert in den Abgasstrang einzuspritzen; einer Pumpvorrichtung, die ausgebildet ist, in einem Förderbetrieb Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank zu dem Dosiermodul zu fördern und in einem Rücksaugbetrieb Reduktionsmittel aus dem Dosiermodul in den Reduktionsmitteltank zu fördern. Auch die Leitungen, die das Dosiermodul mit der Pumpvorrichtung verbinden und die Pumpvorrichtung selbst können geleert werden. Die Vorrichtung umfasst auch ein elektromagnetisches Schaltventil, das es ermöglicht, den Betrieb der Vorrichtung zwischen dem Förderbetrieb und dem Rücksaugbetrieb umzuschalten, wobei das elektromagnetische Schaltventil einen Magnetanker gemäß einem

Ausführungsbeispiel der Erfindung hat. - -

Die Erfindung stellt einen prozess- und kostenoptimierten Magnetanker zur Verfügung, der durch eine Korrosionsschutzschicht gegen Korrosion geschützt und durch eine Gleitschicht dauerhaft trockengeschmiert ist.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Aufbringen der Korrosionsschutzschicht durch Gas-Nitrocarburieren. Gas-Nitrocarburieren hat sich als ein vorteilhaftes Verfahren zum Ausbilden einer Korrosionsschutzschicht erwiesen.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Gleitschicht eine Kunststoff-Polymer- Schicht, insbesondere eine PTFE-Schicht mit eingelagertem Molybdändisulfid (M0S2). In einem Ausführungsbeispiel ist die Gleitschicht eine Polyamidimid- schicht, insbesondere eine Polyamidimidschicht, die zusätzlich PTFE und/oder Molybdändisulfid enthält. Derartige Verbindungen stellen besonders haltbare Oberflächen mit einem geringen Reibungskoeffizienten zur Verfügung.

In einem Ausführungsbeispiel wird das Grundmaterial vor dem Aufbringen der Korrosionsschutzschicht nicht aufgeraut. Es ist insbesondere nicht notwendig, das Grundmaterial aufzurauen, da die Poren in der Korrosionsschutzschicht eine ausreichend große Oberfläche zur Verfügung stellen, an denen die Gleitschicht gut haftet. Auf den zusätzlichen Arbeitsschritt des Aufrauens der Oberfläche kann daher verzichtet werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

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Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Reduktionsmittel-Ein- spritzvorrichtung mit einem Schaltventil, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Schaltventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 3 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Schnitt durch die Oberfläche des Magnetankers, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 mit einem Schaltventil 15, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Die Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 umfasst eine Dosiervorrichtung 10, die an einem Abgasstrang 4 eines Verbrennungsmotors 6 angebracht ist. Die Dosiervorrichtung 10 ist ausgebildet, stromaufwärts eines in dem Abgasstrang 4 angeordneten S CR- Katalysators 5 fluides Reduktionsmittel 9 in den Abgasstrang 4 einzuspritzen.

Das in den Abgasstrang 4 einzuspritzende Reduktionsmittel 9 ist in einem Reduktionsmitteltank 8 gespeichert.

Eine Pumpvorrichtung 12 ist vorgesehen, Reduktionsmittel 9 durch eine

Fluidentnahmeleitung 20 aus dem Reduktionsmitteltank 8 zu entnehmen und der Dosiervorrichtung 10 durch eine Druckleitung 22 unter erhöhtem Druck zuzuführen.

Die Pumpvorrichtung 12 umfasst einen Motor 14, einen von dem Motor 14 angetriebenen Kolben 13, sowie zwei Ein-Wege-Ventile 16, 18, von denen jeweils eines stromaufwärts und stromabwärts des Kolbens 13 angeordnet ist. - -

Die Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 kann wenigstens ein in der Figur nicht gezeigtes Filter umfassen, das verhindert, das Schmutzpartikel aus dem Reduktionsmitteltank 8 in die Pumpvorrichtung 12 und/oder die Dosiervorrichtung 10 eindringen und diese verstopfen und/oder beschädigen.

Die Pumpvorrichtung 12 ist in der Figur 1 schematisch außerhalb des

Reduktionsmitteltanks 8 gezeigt. Die Pumpvorrichtung 12 kann, beispielsweise in Form einer integrierten Filter- und Pumpeneinheit, auch innerhalb des

Reduktionsmitteltanks 8, insbesondere am Boden des Reduktionsmitteltanks 8 angeordnet sein.

Es ist auch eine Rücklaufleitung 23 vorgesehen, um überschüssiges, von der Pumpvorrichtung 12 gefördertes Reduktionsmittel 9, das nicht von dem

Dosiermodul 10 in den Abgasstrang 4 eingespritzt wird, durch eine Drossel 24 und/oder ein in der Figur 1 nicht gezeigtes Ein-Wege-Ventil in den

Reduktionsmitteltank 8 zurückzuführen.

Die Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 umfasst eine Steuervorrichtung 28, insbesondere eine elektronische Steuervorrichtung 28, die ausgebildet ist, den Motor 14 der Pumpvorrichtung 12 und die Dosiervorrichtung 10 so anzusteuern, dass eine gewünschte Menge an Reduktionsmittel 9 in den Abgasstrang 4 des Verbrennungsmotors 6 eingespritzt wird.

An der Druckleitung 22 ist ein Drucksensor 26 vorgesehen, der es der Steuervor- richtung 28 ermöglicht, den Fluiddruck in der Druckleitung 22 zu überwachen und durch Ansteuern des Motors 14 der Pumpvorrichtung 12 auf einen vorgegebenen Wert einzustellen.

Zwischen der Pumpvorrichtung 12, der Saugleitung 20 und der Druckleitung 22 ist ein Schaltventil 15 angeordnet, das es ermöglicht, den Betrieb der

Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung 2 zwischen einem Einspritzbetrieb und einem Saugbetrieb umzuschalten.

Im Einspritzbetrieb fördert die Pumpvorrichtung 12 Reduktionsmittel 9 aus dem Reduktionsmitteltank 8 zur Dosiervorrichtung 10. Im Saugbetrieb wird das

Reduktionsmittel 9 von der Pumpvorrichtung 12 aus der Dosiervorrichtung 10 abgesaugt und zurück in den Reduktionsmitteltank 8 gefördert, um zu

verhindern, dass das Reduktionsmittel 9 bei tiefen Umgebungstemperaturen - - innerhalb der Dosiervorrichtung 10 gefriert und die Dosiervorrichtung 10 durch seine räumliche Ausdehnung beschädigt. Im Saugbetrieb kann das

Reduktionsmittel 9 auch aus der Druckleitung 22 und der Pumpvorrichtung 12 entfernt werden. Das Schaltventil 15 wird von der Steuervorrichtung 28 angesteuert.

Figur 2 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Schaltventils 15 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Schaltventil 15 umfasst eine Ventilkammer 30 mit drei Fluidanschlüssen 32a, 32b, 32c. Durch Bewegen eines Verschlusselements 34, das in der Ventilkammer 30 angeordnet ist, kann ein erster Fluidanschluss 32a wahlweise mit einem zweiten Fluidanschluss 32b oder mit einem dritten Fluidanschluss 32c verbunden werden, während der jeweils andere der beiden Fluidanschlüsse 32b, 32c durch das Verschlusselement 34 verschlossen wird. In der vereinfachten schematischen Ansicht der Figur 2 ist ein einziges Verschlusselement 34 gezeigt. Das Schaltventil 15 kann auch mehrere Verschlusselemente 34 aufweisen, die gemeinsam oder unabhängig voneinander bewegt werden können.

Das Verschlusselement 34 wird durch einen Magnetanker 36 bewegt, der beweglich in einem Elektromagneten 38 mit wenigstens einer Spule 40 gelagert ist. Durch Bestromen der Spule 40 können der Magnetanker 36 und das mit ihm verbundene Verschlusselement 34 bewegt werden, um wahlweise einen

Fluidfluss zwischen dem ersten Fluidanschluss 32a und dem zweiten Fluidanschluss 32b oder zwischen dem ersten Fluidanschluss 32a und dem dritten Fluidanschluss 32c zu ermöglichen.

Um Reibungsverluste und Verschleiß des Magnetankers 36 bei seiner Bewegung zu minimieren, soll der Magnetanker 36 möglichst reibungsarm in seiner Führung 42 geführt werden.

Der Magnetanker 36, der aus einem metallischen magnetischen Grundmaterial 44 (siehe Figur 3), insbesondere einem Nitrierstahl wie beispielsweise

HSMnPb30 gefertigt ist, wird daher mit einer Schicht aus Gleitmaterial

CGIeitschicht") 48 versehen. - -

Um Korrosion des metallischen Materials 44 zu verhindern, wird zuvor eine Korrosionsschutzschicht 46 auf das Grundmaterial 44 aufgebracht.

Die Korrosionsschutzschicht 46, die insbesondere durch Gas-Nitrocarburierung des Grundmaterials erzeugt wird, weist insbesondere an seiner von dem

Grundmaterial abgewandten Seite Poren 50 auf, die nicht verschlossen werden, bevor in einem folgenden Schritt die Gleitschicht 48, die beispielsweise

Polyamidimid, PTFE und/oder Molybdändisulfid umfasst, auf die

Korrosionsschutzschicht 46 aufgebracht wird.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird insbesondere auf das aus dem Stand der Technik bekannte Nachoxidieren der durch Gas-Nitrocarburieren ausgebildeten Korrosionsschutzschicht C,GNC-Schicht") 46 verzichtet.

Dadurch, dass die Poren 50 gemäß einem Grundgedanken der Erfindung geöffnet bleiben, bieten diese eine ausreichend große Oberfläche, um die Haftung der danach aufgebrachten Gleitschicht 48 zu gewährleisten.

Insbesondere kann auf ein zusätzliches Aufrauen der durch Gas-Nitrocarburieren ausgebildeten Korrosionsschutzschicht 46, beispielsweise durch Sandstrahlen, verzichtet werden. Beim Herstellen des Magnetankers 36 kann so wenigstens ein Arbeitsschritt eingespart werden.

Figur 3 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Schnitt durch die Oberfläche des Magnetankers 36 mit dem metallischen Grundwerkstoff 44, der eine nicht aufgeraute Oberfläche aufweist. Auf der Oberfläche des Grundwerkstoffs 44 ist eine GNC-Schicht 46 ausgebildet , die zumindest auf ihrer von dem

Grundwerkstoff 44 abgewandten Seite Poren 50 aufweist. Auf der GNC-Schicht 46 ist die Gleitschicht 48 ausgebildet.

Das Ergebnis ist ein prozess- und kostenoptimierter Magnetanker 36, der durch die GNC-Schicht 46 gut gegen Korrosion geschützt und durch die auf die GNC- Schicht 46 aufgebrachte Gleitschicht 48 dauerhaft trockengeschmiert ist.