DE10016247A1

DE10016247A1 - Einspritzventil mit einer Dichtmembran

Info

Publication number: DE10016247A1
Application number: DE2000116247
Authority: DE
Inventors: Andreas Voigt; Claus Zumstrull
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: DE10016247B4

Abstract

Es ist eine Dichtmembran vorgesehen, die eine mittige Ausnehmung aufweist, durch die ein Stempel geführt ist. Die Membran ist mit einer ringförmigen Schweißnaht im Bereich des Stempels dichtend mit dem Stempel verbunden. Die Membran ist in Form einer Scheibe mit einem außenliegenden umgebogenen Seitenrand ausgebildet. Der Seitenrand ist parallel zu einem Einspritzventilgehäuse angeordnet. Der Seitenrand ist über eine umlaufende, ringförmige Schweißnaht mit dem Gehäuse dichtend verbunden. Aufgrund der Form der Membran ist eine relativ hohe Stabilität der Schweißnähte gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit einer Dicht membran gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Einspritzventile bekannt, die einen Aktor zur Betäti gung eines Stellgliedes aufweisen, der durch Kraftstoff be schädigt werden kann und deshalb gegenüber dem Bereich des Einspritzventils, in dem sich Kraftstoff befindet, abgedich tet werden muss.

Es ist bereits ein Einspritzventil bekannt, bei dem der Aktor über eine Membran gegen den kraftstoffführenden Bereich des Einspritzventils abgedichtet ist. In dieser Ausführungsform ist die Membran im Gehäuse des Einspritzventils zwischen zwei Dichtflächen gehaltert. Diese Befestigungsart ist jedoch re lativ aufwendig und erfordert einen entsprechenden konstruk tiven Aufbau des Einspritzventils.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfach aufge bautes Einspritzventil mit einer Dichtmembran bereitzustel len.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu se hen, dass die Membran einen Seitenrand aufweist, der annä hernd parallel zur Innenwand des Gehäuses verläuft und dicht mit der Innenwand des Gehäuses verbunden ist. Durch diese Art der Verbindung wird eine Abdichtung gewährleistet, die hoch belastbar und unempfindlich gegen Risse oder Brüche der Memb ran ist.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Vorzugsweise wird die Membran aus einer Platte gefertigt, die über ein Tiefziehverfahren zu einer Topfform geformt wird. Dieses Herstellungs verfahren hat den Vorteil, dass im Bereich des Seitenrandes durch das Tiefziehen über eine Kaltverformung eine Erhöhung der Festigkeit erreicht wird. Auf diese Weise ist der Seiten rand unempfindlich gegenüber einer Rissbildung und zudem weist die Membran aufgrund ihrer Form eine ausreichende Nach giebigkeit für eine Auslenkung des Aktors auf.

In vorteilhafter Weise wird die Membran nach dem Tiefziehver fahren einer Warmauslagerung unterzogen. Dadurch wird die Festigkeit der Membran zusätzlich erhöht. Auch diese Maßnahme wirkt zusätzlich einer Rissbildung in der Membran entgegen, da bei der Warmauslagerung Spannungen in der Membran abgebaut werden.

Weiterhin ist es von Vorteil, die Membran im Bereich der mit tigen Ausnehmung mit einer überhöhten Schweißnaht am Aktor zu befestigen. Die überhöhte Schweißnaht, die vorzugsweise durch Laserschweißen hergestellt ist, weist den Vorteil auf, dass die Membran in ihrer mechanischen Stabilität unterstützt wird und gegenüber einer normalen flachen Schweißnaht die Wahr scheinlichkeit für eine Rissbildung geringer ist.

Vorzugsweise weist der Aktor eine erste ebene Auflagefläche auf, die ringflächig ausgebildet ist. Weiterhin ist eine zweite, ringflächig Auflagefläche vorgesehen, die einen vor gegebenen Wölbungsradius aufweist. Auf diese Weise wird er reicht, dass die Membran im inneren Bereich auf einer relativ großen Fläche aufliegt und nach außen hin bei der Auslenkung des Aktors in Richtung auf die Membran auf einem definierten Wölbungsradius in Anlage bringbar ist. Durch die Anordnung der ersten und zweiten Auflagefläche wird die Membran beim Auslenken des Aktors in vorteilhafte Auslenkungsformen ge drückt, die zu einer relativ geringen Beanspruchung der Memb ran führen.

Die Membran weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,1 und 0,2 mm auf. Diese Dicke gewährleistet eine ausreichende Sta bilität und ermöglicht eine ausreichende Elastizität, so dass eine lange Dichtheit der Membran gewährleistet ist.

Der Wölbungsradius der zweiten Auflagefläche liegt vorzugs weise in einem Bereich von 15 bis 56 mm. Experimente haben gezeigt, dass in diesem Radiusbereich eine besonders schonen de Biegung der Membran bei der Auslenkung des Aktors erreicht wird. Zudem wird auch die Druckbelastung auf die Membran schonend aufgefangen, die die Membran bei einer Auslenkung des Aktors durch den Kraftstoff erfährt, an den die Membran angrenzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläu tert:

Die Figur zeigt im Querschnitt einen Teil eines Einspritzven tils mit einem Gehäuse 1, in dem ein Aktor 2 eingebracht ist. Der Aktor 2 liegt an einer Platte 8 an und weist auf der Sei te, die der Platte gegenüberliegend ist, einen Stempel 3 auf. Der Aktor 2 weist elektrische Anschlüsse 7 auf, über die der Aktor 2 von einem Steuergerät ansteuerbar ist. Der Aktor 2 ist vorzugsweise als piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Der Stempel 3 weist die Grundform einer kreisförmigen Platte auf, in der mittig ein zylinderförmiger Stempelkolben 6 ausgebil det ist, der vom Aktor weggerichtet ist.

Der Stempelkolben 6 ist durch eine mittige Ausnehmung 16 ei ner Membran 4 geführt. Die Ausnehmung 16 ist kreisförmig aus gebildet und weist einen etwas größeren Durchmesser als der Stempelkolben 6 auf. Die Membran 4 ist in ihrer Grundform ei ne ebene Scheibe, die nach außen hin in einen Seitenrand 15 übergeht, der vor dem Einbau zu dem scheibenförmigen Bereich der Membran in einem Winkel größer als 90° angeordnet ist. Nach dem Einbau liegt die Membran 4 mit einem ringförmigen Bereich dicht am Gehäuse 1 an und ist in einem Winkel von ungefähr 90° zu dem scheibenförmigen Bereich der Membran ange ordnet. Auf diese Weise wird durch die Vorspannung des Sei tenrandes 15 in Richtung Gehäuse ein Verschweißen der Membran 4 mit dem Gehäuse 1 erleichtert. Die Membran 4 ist vorzugs weise im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Gehäu ses angeordnet.

Der Stempelkolben 6 ist einem Stellglied 5 des Einspritzven tils zugeordnet. Bei der Auslenkung des Aktors 2 wird das Stellglied 5 in entsprechenderweise ausgelenkt. Das Stell glied 5 steht beispielsweise mit einem Servoventil einer Druckkammer oder direkt mit einer Einspritznadel in Wirkver bindung.

Im inneren Randbereich, der um die Ausnehmung 16 in der Memb ran 4 ausgebildet ist, ist die Membran 4 über eine erste Schweißnaht 11 mit dem Stempel 3 umlaufend dicht verbunden. Die erste Schweißnaht 11 weist die Form eines geschlossenen Ringes auf. Die erste Schweißnaht 11 ist vorzugsweise in ei nem vorgegebenen Abstand von der Seitenwand des Stempelkol bens 6 beabstandet. Zudem ist die erste Schweißnaht 11 als überhöhte Schweißnaht ausgeführt, die eine größere Dicke als die Membran 4 aufweist. Durch die relativ große Dicke verfügt die erste Schweißnaht 11 über eine große mechanische Stabili tät, die die Membran 4 im Bereich der ersten Schweißnaht 11 am Stempel 3 festhält. Die erste Schweißnaht 11 wird vorzugs weise mittels Laserschweißen hergestellt. Auf diese Weise wird eine sichere und stabile Fixierung der Membran 4 am Stempel 3 erreicht.

Der Seitenrand 15 ist über eine zweite Schweißnaht 12 mit der Innenwand des Gehäuses 1 umlaufend dicht verbunden. Die zwei te Schweißnaht 12 ist ebenfalls in Form eines umlaufenden, geschlossenen Ringes ausgeführt.

Der Seitenrand 15 ist durch ein Einpressen der Membran 4 in das Gehäuse 1 über eine vorgegebene Breite nahezu parallel zur Innenwand des Gehäuses 1 geführt. Die Membran 4 geht von ihrem inneren Bereich, in dem sie scheibenförmig ausgebildet ist, über einen Biegeradius RB in den Seitenrand 15 über. Der Biegeradius RB, in dem die Membran von dem scheibenförmigen Bereich auf den Seitenrand 15 übergeht, weist vorzugsweise eine Größe von 0,2-1,5 mm auf. Aufgrund dieser geometri schen Ausformung der Membran 4 wird bei einer Auslenkung des Aktors 2 in Richtung auf den Stempelkolben 6 eine relativ ge ringe mechanische Beanspruchung auf die zweite Schweißnaht 12 ausgeübt. Dies führt zu einer langen Dichtheit der zweiten Schweißnaht 12.

Der Stempel 3 weist eine erste Auflagefläche 13, die in Form einer Ringfläche um den Bereich ausgebildet ist, von dem aus der Stempelkolben 6 aus dem Stempel 3 herauswächst. Die erste Auflagefläche 13 ist als plane Ringfläche ausgeführt und weist eine Flächenbreite B auf, die im Bereich von 0,5-2 mm liegt.

Anschließend an die erste Auflagefläche 13 weist der Stempel 3 nach außen hin eine zweite Auflagefläche 14 auf, die tan gential aus der ersten Auflagefläche 13 herausgeht. Die zwei te Auflagefläche 14 ist als konvexe Ringfläche ausgebildet und weist einen Wölbungsradius R in der Weise auf, dass sich die zweite Auflagefläche 14 in Richtung auf den Randbereich des Stempels 3 von der Membran 4 zunehmend entfernt. Mit zu nehmendem Abstand vom Stempelkolben 6 nimmt der Abstand zwi schen der Membran 4 und dem Stempel 3 zu. Die zweite Auflage fläche 14 mit dem Wölbungsradius R hat den Vorteil, dass sich die Membran 4 bei einer Auslenkung des Aktors 2 in einer de finierten Rundungsform an den Stempel 3 anlegt. Auf diese Weise wird die Membran bei der Auslenkung des Aktors 2 oder durch Druckschwankungen im Kraftstoff, den die Membran be grenzt, nur geringen Spannungen unterworfen.

Der Wölbungsradius R weist vorzugsweise Werte zwischen 15 und 56 mm auf. Die Membran weist vorzugsweise eine Dicke D zwi schen 0,1 und 0,2 mm auf.

Der Stempel 3 und die Membran 4 sind in der Ruheposition des Aktors 2 vorzugsweise in der Weise angeordnet, dass der Ab stand A im Bereich der Außenkante des Stempels 3 zwischen der Membran 4 und dem Stempel 3 in einer Größenordnung von 0,05 bis 0,2 mm liegt.

Bei Einhaltung der oben genannten Werte wird eine besonders geringe Beanspruchung der Membran sichergestellt.

Die Membran 4 wird vorzugsweise aus einer Platte gefertigt, die eine Festigkeit von 800 bis 900 N/mm² aufweist. Die Plat te wird in einem Tiefziehverfahren in eine Topfform über führt. Die Topfform besteht im wesentlichen aus einer zentra len scheibenförmigen Fläche mit der mittigen Ausnehmung 16 und einer sich im Außenbereich anschließenden Seitenwand 15, die im eingebauten Zustand nahezu senkrecht zum scheibenför migen Bereiches angeordnet ist. Durch das Tiefziehverfahren wird die Festigkeit der Membran im Übergangsbereich zur Sei tenwand 15 durch Kaltverfestigung erhöht.

Nach dem Tiefziehverfahren wird die Membran vorzugsweise ei ner Warmauslagerung unterzogen. Dabei wird die Membran über eine Zeit von 3 bis 5 Stunden bei einer Temperatur von 400 bis 500°C gelagert. Durch die Warmauslagerung werden zunächst Verspannungen, die durch das Tiefziehen in der Membran einge bracht wurden, beseitigt. Anschließend wird durch die lange zeitliche Dauer der Warmauslagerung ein weiterer Anstieg der Festigkeit erreicht. Dadurch wird die Fließgrenze zu höheren Spannungen verschoben. Auf diese Weise wird die Membran un empfindlicher gegen eine Beschädigung und Rissbildung.

In einer einfachen Ausführungsform kann die Membran auch ohne mittige Ausnehmung 16 als Platte mit Seitenrand ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform liegt die Membran 4 am Stem pelkolben 6 an und die Membran 4 wirkt auf das Stellglied 5 bei einer Auslenkung des Aktor 2 ein.

Die in der Figur dargestellten Teile sind im wesentlichen ro tationssymmetrisch zur Mittenachse 17 ausgebildet.

Claims

1. Einspritzventil mit einem Gehäuse, in dem ein ansteuer barer Aktor beweglich angeordnet ist, wobei der Aktor in Wirkverbindung mit einem Stellglied steht, wobei der Ak tor über eine Membran von dem Bereich des Einspritzven tils getrennt ist, in dem sich Kraftstoff befindet, dadurch gekennzeichnet,
dass die Membran (4) im Außenrandbereich in einen Sei tenrand (15) übergeht,
dass der Seitenrand (15) annähernd parallel zur Innen wand des Gehäuses (1) ausgerichtet ist, und
dass der Seitenrand (15) mit der Innenwand dicht verbun den ist.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Membran (4) eine mittige Ausnehmung (16) aufweist,
dass der Aktor (2, 3) durch die Ausnehmung (16) ragt, und
dass die Membran (4) im Bereich der Ausnehmung (16) mit dem Aktor (2, 3) dicht verbunden ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Membran (4) aus einer ebenen Platte gefertigt ist, aus der über ein Tiefziehverfahren der Seitenrand (15) herausgearbeitet worden ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem die Platte gefertigt ist, ei ne Festigkeit von 800 bis 900 N/mm² aufweist.

5. Einspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Membran (4) nach dem Tiefziehverfah ren einer Warmauslagerung unterzogen worden ist.

6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da durch gekennzeichnet, dass die Membran (4) im Bereich der mittigen Ausnehmung (16) mit einer überhöhten Schweißnaht (11) am Aktor (2, 3) befestigt ist.

7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass
der Aktor (2, 3) im Bereich der Ausnehmung (16) eine e bene Auflagefläche (13) aufweist,
dass die Auflagefläche (13) ringflächig ausgebildet ist,
dass der Aktor (2, 3) außerhalb der Auflagefläche (1) tangential in eine zweite Auflagefläche (14) übergeht, die einen vorgegebenen Wölbungsradius (R) aufweist.

8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, dass die Membran (4) eine Dicke von 0,1 bis 0,2 mm aufweist.

9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, dass im nicht angesteuerten Zu stand des Aktors (2, 3) die Außenkante des Aktors einen Abstand (A) von 0,05 bis 0,2 mm zur Membran aufweist.

10. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da durch gekennzeichnet, dass der Wölbungsradius (R) im Be reich von 15 bis 56 mm liegt.