Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sitzplatte für einen Injektor und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Sitzplatte.

In Brennkraftmaschinen wie Dieselmotoren oder auch Benzinmotoren wird in der Regel über einen Injektor Kraftstoff mit einer bestimmten Menge und für eine bestimmte Zeitdauer in einen Brennraum eingespritzt. Dabei ist es aufgrund der sehr geringen Einspritzdauern, die im Mikrosekundenbereich liegen, erforderlich, die Austrittsöffnung des Injektors mit einer sehr hohen Frequenz zu öffnen beziehungsweise zu schließen. Für eine genaue Ansteuerung dieser Schließzeiten und zum genauen Erfassen eines Injektorzustands ist es erforderlich, eine Injektorzustandsdetektion vorzusehen, damit eine übergeordnete Steuereinheit sämtliche Informationen betreffend einen einzelnen Injektor erhält, insbesondere Informationen bezüglich seiner Schließ- oder Öffnungszeiten.

Ein solcher Injektor verfügt typischerweise über eine Düsennadel (auch: Injektornadel), die einen mit einem hohen Druck beaufschlagten Kraftstoff bei Freigeben eines Austrittslochs des Injektors nach außen treten lässt. Diese Düsennadel wirkt im Zusammenspiel mit dieser Austrittsöffnung wie ein Pfropfen, der bei einem Anheben ein Austreten des Kraftstoffs ermöglicht. Demnach ist es also erforderlich, diese Nadel in relativ kurzen Zeitabständen anzuheben und nach einer kurzen Zeit erneut in die Austrittsöffnung zurückgleiten zu lassen. Dabei können hydraulische Servoventile verwendet werden, die das Auslösen dieser Bewegung ansteuern. Solche Ventile wiederum werden mithilfe eines Elektromagneten angesteuert. Alternativ dazu kann ein Piezoelement verwendet werden, das schneller als das mittels Elektromagneten angesteuerte Ventil reagiert.

Aufgrund der hohen Einspritzdrücke von über 2500 bar ist es nicht möglich, die Düsennadel direkt mithilfe eines Magnetventils anzusteuern beziehungsweise zu bewegen. Hierbei wäre die erforderliche Kraft zum Öffnen und Schließen der Düsennadel zu groß, sodass ein solches Verfahren nur mithilfe von sehr großen Elektromagneten realisierbar wäre. Eine solche Konstruktion scheidet aber aufgrund des nur beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums in einem Motor aus.

Typischerweise werden anstelle der direkten Ansteuerung sogenannte Servoventile verwendet, die die Düsennadel ansteuern und selbst über ein Elektromagnetventil bzw. Piezoventil gesteuert werden. Dabei wird in einem mit der Düsennadel zusammen wirkenden Steuerraum mithilfe des unter hohem Druck zur Verfügung stehenden Kraftstoffs ein Druckniveau aufgebaut, das auf die Düsennadel in Verschlussrichtung wirkt. Dieser Steuerraum ist typischerweise über eine Zulaufdrossel mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffs verbunden. Ferner weist dieser Steuerraum eine kleine verschließbare Ablaufdrossel auf, aus der der Kraftstoff entweichen kann. Tut er dies, ist der Druck in dem Steuerraum und die auf die Düsennadel wirkende Verschlusskraft verringert, da der unter hohem Druck stehende Kraftstoff des Steuerraums abfließen kann. Dadurch kommt es zu einer Bewegung der Düsennadel, welche die Austrittsöffnung an der Injektorspitze freigibt. Um die Bewegung der Düsennadel steuern zu können, wird also die Ablaufdrossel des Ventils mithilfe eines Ankerelements wahlweise verschlossen oder geöffnet. Da das allgemeine Prinzip eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff dem Fachmann bekannt ist, wird nicht tiefergehender auf die Funktionalität dieses Bauteils eingegangen. Wie bereits oben kurz angerissen, ist die Injektorzustandsdetektion von hoher Wichtigkeit für ein geregeltes Betreiben des Injektors. Bei bisherigen Injektoren ist es dabei nicht notwendig oder sehr aufwendig eine Sitzplatte des Injektors vorzusehen, die vom Injektorgehäuse elektrisch getrennt ist und Strom an bestimmten Stellen durchleitet, damit das darunter angeordnete Steuerventil und die Düsennadel mit der darüber angeordneten Injektorspule verbunden sind. Die Sitzplatte des Injektors ist demnach ein Bauteil, das sowohl als Kontaktelement zu einer Injektorspule als auch als Isolator zum Injektorgehäuse genutzt wird. Ferner enthält die Sitzplatte einen von oben nach unten verlaufenden Durchgang, der die Ablaufdrossel eines Injektors darstellt. Durch Aufsetzen eines Ankerelements und Abdichten des Durchgangs füllt sich der darunter liegende Steuerraum über einen Zulauf mit unter hohem Druck gespeicherten Kraftstoff, sodass die Düsennadel in ihre Verschlussposition gedrängt wird. Bei einem Abheben des Ankerelements von einer Durchgangsöffnung strömt der unter hohem Druck gespeicherte Kraftstoff ab und verringert den auf die Düsennadel wirkenden Krafteinfluss, sodass sich diese von ihren Auslassöffnungen abhebt und hierdurch Kraftstoff ausströmen kann.

Die nähere Funktionsweise eines Injektors ist beispielsweise in der DE 10 2017 116 383.2 wiedergegeben. Eine gegenüber dem Stand der Technik besonders vorteilhafte Sitzplatte, die ein elektrisches Trennen der Sitzplatte vom Injektorgehäuse sicherstellt und gleichzeitig Strom an bestimmten Stellen durchleitet, um das Steuerventil und die Düsennadel mit der Injektorspule zu verbinden, ist in dem unabhängigen Anspruch 1 dargestellt.

Die erfindungsgemäße Sitzplatte für einen Injektor umfasst dabei einen plattenartigen Grundkörper mit einer ersten flächigen Seite, einer zweiten flächigen Seite und einer oder mehreren umlaufenden Stirnflächen, einen Durchgang, der sich durch den plattenartigen Grundkörper von der ersten flächigen Seite hin zu der zweiten flächigen Seite erstreckt, und eine Isolierbeschichtung, die vollflächig an sämtlichen umlaufenden Stirnflächen und, mit Ausnahme eines oder mehrerer zusammenhängenden isolierbeschichtungsfreien Bereiche, vollflächig an einer der beiden flächigen Seiten des plattenartigen Grundkörpers angeordnet ist, wobei der plattenartige Grundkörper aus einem elektrisch leitenden Material besteht.

Durch das Vorsehen eines zusammenhängenden isolierbeschichtungsfreien Bereichs auf der ansonsten vollflächig mit der Isolierbeschichtung versehenen flächigen Seite des plattenartigen Grundkörpers besteht eine leitende Verbindung von dem zusammenhängenden isolierbeschichtungsfreien Bereich hin zu der anderen unbeschichteten flächigen Seite des plattenartigen Grundkörpers der Sitzplatte. So kann also ein elektrisches Signal von der einen flächigen Seite (beispielsweise über den zusammenhängenden isolierbeschichtungsfreien Bereich) zu der anderen flächigen Seite des plattenartigen Grundkörpers der Sitzplatte übermittelt werden. Sämtliche Stirnflächen, die mit einem Isoliergehäuse in Kontakt kommen können, sind dabei mit einer Isolierbeschichtung abgedeckt, sodass das Injektorgehäuse davon elektrisch getrennt ist. Damit ist es möglich, ohne das Vorsehen einer separaten elektrischen Leitung das unterhalb (also in Düsennadelrichtung des Injektors) angeordnete Steuerventil und auch die Düsennadel selbst mit der oberhalb (= an der zur Düsennadel abgewandten Seite der Sitzplatte) angeordneten Injektorspule elektrisch zu verbinden. Dabei kann der Durchgang, der sich durch den plattenartigen Grundkörper von der ersten flächigen Seite hin zu der zweiten flächigen Seite erstreckt, als Ablaufdrossel ausgebildet sein, die einen Auslass für in einem Steuerraum unter hohem Druck gespeicherten Kraftstoff darstellen kann. Kraftstoff wird dabei nach oben hin abgelassen, so dass der nach unten wirkende Druck des Steuerraums nachlässt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der plattenartige Grundkörper aus Hartmetall, da dieser Werkstoff gut verarbeitbar und eine für die vorliegenden Zwecke der Erfindung ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung ist die Isolierbeschichtung eine diamantähnliche Kohlenstoffschicht, das heißt eine DLC- Schicht. Dabei steht DLC für„diamond-like carbon“. Selbstverständlich ist von der Erfindung auch umfasst, dass mehrere dünne DLC-Schichten auf die entsprechenden Bereiche der Sitzplatte aufgebracht sind. Die Vorteile bei Verwendung von einer DLC-Schicht sind deren extreme Härte, ihre hohe Abriebfestigkeit und ihr geringer Reibkoeffizient. Darüber hinaus dient die

Verwendung einer DLC-Schicht als Isolierbeschichtung selbstverständlich auch dazu die von der Isolierbeschichtung abgedeckten Bereiche nach außen hin elektrisch zu isolieren. Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung bildet der isolierbeschichtungsfreie zusammenhängende Bereich auf der beschichteten flächigen Seite eine freiliegende Oberfläche des Grundkörpers. In anderen Worten ist der isolierbeschichtungsfreie Bereich nicht mit anderen Schichten überzogen sondern legt die Oberfläche des Grundkörpers ungeschützt frei.

Dadurch kann bei Kontaktierung dieses isolierbeschichtungsfreien Bereichs aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Grundkörpers eine elektrische Verbindung zu der anderen flächigen Seite hergestellt werden. Ferner ist für die Erfindung von Vorteil, wenn die flächigen Seiten des plattenartigen Grundkörpers zueinander parallel ausgerichtet sind.

Ferner sei auch darauf hingewiesen, dass die Isolierbeschichtung vorzugsweise dazu ausgelegt ist, eine elektrische Leitfähigkeit zu unterbinden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zusammenhängende, isolierbeschichtungsfreie Bereich auf der beschichteten flächigen Seite rotationssymmetrisch zu einer mittig durch den Durchgang verlaufenden Rotationsachse, wobei vorzugsweise der zusammenhängende isolierbeschichtungsfreie Bereich kreisförmig ist. Dabei wird sichergestellt, dass die erfindungsgemäßen Funktionalitäten der Sitzplatte unabhängig von einer bestimmten Lage beim Verbau erreicht werden. Es sind keine Zylinderstifte oder ähnliche Ausrichtungsmittel vonnöten, um die darüber und darunter angeordneten Bauteile miteinander elektrisch zu verbinden. Dies geschieht aufgrund der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des isolierbeschichtungsfreien Bereichs unabhängig von einer Verdrehung um die zugehörige Rotationsachse.

Ferner kann nach der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der plattenartige Grundkörper drehsymmetrisch zu einer mittig durch den Durchgang verlaufenden Rotationsachse ist. Vorzugsweise kann dabei der plattenartige Grundkörper auch rotationssymmetrisch zu einer mittig durch den Durchgang verlaufenden Rotationsachse sein. Auch dies ist hinsichtlich des Verbauens der Sitzplatte von Vorteil, da es bei einer drehsymmetrischen Ausgestaltung hinsichtlich der Verdrehung mehrere korrekte Einbaulagen gibt und bei einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung die Einbaulage bezüglich ihrer Verdrehung nicht beachtet werden muss.

Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Isolierbeschichtung mit Ausnahme des isolierbeschichtungsfreien, zusammenhängenden Bereichs, über die gesamte flächige Seite, einschließlich der wegen des Durchgangs freigelegten Oberfläche, die der beschichteten flächigen Seite zugewandt ist, angeordnet ist.

Darüber hinaus kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass jede Fläche, mit der Ausnahme einer flächigen Seite, einschließlich der wegen des Durchgangs freigelegten Oberfläche, die der unbeschichteten flächigen Seite zugewandt ist, und einem zusammenhängenden Bereich auf der anderen flächigen Seite mit der Isolierbeschichtung versehen ist. Nach einer vorteilhaften Modifikation der Erfindung weist der Durchgang auf eine der beiden flächigen Seiten eine kleinere Öffnung als auf der anderen flächigen Seite auf, und ist vorzugsweise eine Ablaufdrossel eines Injektors.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der isolierbeschichtungsfreie, zusammenhängende Bereich die Durchgangsöffnung auf der beschichteten flächigen Seite umschließt, vorzugsweise eine Durchgangsöffnung auf der beschichteten flächigen Seite angrenzt.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Sitzplatte nach einer der vorstehend aufgeführten Varianten, wobei in dem Verfahren der plattenförmige Grundkörper mit einer Isolierbeschichtung versehen wird, der Durchgang zumindest teilweise mittels Laserbohren geschaffen wird, und der isolierbeschichtungsfreie, zusammenhängende Bereich auf der beschichteten flächigen Seite durch Abtragen der Isolierbeschichtung mittels des Lasers zum Laserbohren durchgeführt wird. Insbesondere dann, wenn der Durchgang eine Drossel darstellt ist es von Vorteil, wenn die Bohrungen mittels Laser gebohrt werden, da so die Drosseldurchflüsse immer weiter reduziert und die Energieeffizienz dadurch verbessert werden kann. Dies ist vorteilhaft bezüglich der Herstellkosten der Sitzplatte, vor allem insbesondere dann, wenn der isolierbeschichtungsfreie, zusammenhängende Bereich ebenfalls durch Abtragen einer Isolierbeschichtung mittels eines Lasers zum Laserbohren geschaffen wird. Es wird also nicht nur die Ablaufdrossel beziehungsweise der Durchgang in der Sitzplatte lasergebohrt sondern auch die Beschichtung in demselben oder einem nachgelagerten oder vorgelagerten Arbeitsgang entfernt. Im Ergebnis werden dadurch die Übergänge von der Isolierbeschichtung zu dem nicht isolierten isolierbeschichtungsfreien, zusammenhängenden Bereich sehr genau definiert und auch sehr sauber gearbeitet. Weiter vorteilhaft ist die Verwendung einer Laserbohrung auch bezüglich der Ablaufdrossel beziehungsweise dem Schaffen des Durchgangs, da dadurch wesentlich kleinere Bohrungen realisierbar sind und es keinen Werkzeugverschleiß gibt. Nach einer vorteilhaften Modifikation des Verfahrens, werden das Laserbohren und das Abtragen mittels des Laserbohrers in einem gemeinsamen Arbeitsschritt durchgeführt.

Dies spart weiter Zeit beim Herstellen der erfindungsgemäßen Sitzplatte 1 und sorgt somit auch für eine Kosten red uktion.

Eine weitere vorteilhafte Fortbildung des Verfahrens ergibt sich dann, wenn vor dem Versehen mit einer Isolierbeschichtung der plattenförmige Grundkörper sandgestrahlt, glasperlengestrahlt und/oder gleitgeschliffen wird, insbesondere in einem Kantenbereich des Grundkörpers. Dies dient zur besseren Schichthaftung, insbesondere im Kantenbereich und vermindert den Verschleiß der Sitzplatte. Als Kantenbereich wird dabei insbesondere ein Übergangsbereich von einer flächigen Seite der Sitzplatte hin zu einer Stirnfläche angesehen.

Ferner betrifft die Erfindung auch einen Injektor mit einer Sitzplatte nach einer der vorstehend beschriebenen Varianten.

Weitere Vorteile, Modifikationen und Einzelheiten werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 : eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sitzplatte

Fig. 2: eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Sitzplatte, und

Fig. 3: einen Ausschnitt auf einem Querschnitt durch die Sitzplatte, welche durch die Rotationsachse des Durchgangs der Sitzplatte verläuft. Figur 1 zeigt die Sitzplatte 1 in einer Seitenansicht. Der in etwa plattenförmige Grundkörper 2 weist eine obere flächige Seite 3 und eine untere flächige Seite 4 auf. Die Stirnflächen 5 des plattenartigen Grundkörpers 2 verbinden die obere und die untere flächige Seite 3, 4 des Grundkörpers 2 miteinander. Zudem erkennt man mittels einer strichpunktierten Darstellung Bereiche des Grundkörpers 2, die mit einer Isolierbeschichtung 7 zum elektrischen Isolieren des Grundkörpers 2 versehen sind. Dabei ist die untere flächige Seite 4 frei von der Isolierbeschichtung. Selbiges gilt auch für einen zusammenhängenden Bereich, der sich auf der oberen flächigen Seite 3 befindet, die, mit Ausnahme dieses zusammenhängenden Bereichs, vollflächig mit der Isolierbeschichtung 7 versehen ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung können auch mehrere zusammenhängende Bereiche auf der ersten flächigen Seite frei von Isolierbeschichtung sein.

Durch den isolationsbeschichtungsfreien, zusammenhängenden Bereich 8 auf der oberen flächigen Seite 3 ist es möglich, eine elektrisch leitende Verbindung von diesem Bereich 8 hin zur unteren flächigen Seite 4 zu erstellen, sodass darüber und darunter angeordnete Elemente eines Injektors miteinander kommunizieren können. Diese Kommunikation kann sich auch in der Detektion eines Zustands erschöpfen.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die erste flächige Seite 3 der Sitzplatte 1. Man erkennt, dass der isolierbeschichtungsfreie, zusammenhängende Bereich 8 durch eine innere und eine äußere Grenze beschränkt ist, die sich kreisförmig um den Durchgang 6 erstrecken. In anderen Worten ist der Bereich 8 rotationssymmetrisch zu einer mittig durch den Durchgang verlaufenden Geraden, die bei der Darstellung nach der Figur 2 sich aus der Blattebene senkrecht erhebt. Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Bereichs 8 muss bei einem Einbau keine bestimmte Verdrehung der Sitzplatte 1 vorgenommen werden, um die mit der Erfindung erreichte vorteilhafte Funktionalität zu erreichen. Figur 3 zeigt den Teil eines Querschnitts, der durch den Durchgang 6 und dessen Rotationsachse R verläuft. Man erkennt, dass der Durchgang eine Stelle mit geringstem Durchmesser aufweist, die als Ablaufdrossel genutzt wird. Der darunter sich in etwa kegelstumpfförmig ausbildende Raum ist ein Teil eines Steuerraums für das Aufnehmen von unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff. Oberhalb der Drossel wird typischerweise mithilfe eines Elektromagneten steuerbaren Ankerelements der Steuerraum abgedichtet oder geöffnet. Ist die Drossel offen, kann aus dem Steuerraum unter hohem Druck befindlicher Kraftstoff abfließen, sodass eine die Austrittsöffnung verschließende Nadel mit weniger Druck beaufschlagt wird und die Austrittsöffnungen öffnet.

Dem Fachmann ist klar, dass einzelne anhand der jeweiligen Figuren diskutierte Aspekte auch miteinander kombiniert werden können und für den Erfolg der Erfindung nicht jede in den Figuren dargestellt Einzelheit erforderlich ist.