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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren
Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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In
der 1 ist ein bekanntes
Brennstoffeinspritzventil aus dem Stand der Technik dargestellt, das
einen klassischen dreiteiligen Aufbau eines inneren metallenen Strömungsführungsteils
und zugleich Gehäusebauteils
besitzt. Dieses innere Ventilrohr wird aus einem einen Innenpol
bildenden Einlassstutzen, einem nichtmagnetischen Zwischenteil und
einem einen Ventilsitz aufnehmenden Ventilsitzträger gebildet und in der Beschreibung
zu 1 näher erläutert.
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Aus
der
DE 44 21 935 A1 ist
bereits ein solches elektromagnetisch betätigbares Ventil in Form eines
Brennstoffeinspritzventils bekannt. Das innere Ventilrohr bildet
das Grundgerüst
des gesamten Einspritzventils und besitzt in seiner Gesamtheit aus
den drei Einzelbauteilen eine wesentliche Stützfunktion. Das nichtmagnetische
Zwischenteil ist durch Schweißnähte sowohl
dicht und fest mit dem Einlassstutzen als auch mit dem Ventilsitzträger verbunden. Die
Wicklungen einer Magnetspule sind in einem Spulenträger aus
Kunststoff eingebracht, der wiederum in Umfangsrichtung einen Teil
des als Innenpol dienenden Einlassstutzens und auch das Zwischenteil
umgibt. An den aneinander anschlagenden Bauteilen Anker und/oder
Innenpol ist vor dem Aufbringen einer verschleißfesten Schicht eine keilige
Oberfläche
vorgesehen, die entsprechend einem magnetischen und hydraulischen
Optimum jeweils variabel herstellbar ist. Der durch die Keiligkeit
gebildete ringförmige
Anschlagabschnitt besitzt eine definierte Anschlagflächenbreite
bzw. Kontaktbreite, die über
die gesamte Lebensdauer weitgehend konstant bleibt, da ein Anschlagflächenverschleiß bei Dauerbetrieb nicht
zu einer Vergrößerung der
Kontaktbreite führt. Die
Führung
des axial bewegbaren Ankers wird durch eine innere Führungsfläche des
Zwischenteils gewährleistet.
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Vorteile
der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare
Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat
den Vorteil, dass eine vereinfachte und kostengünstige Montage des Ventils
realisierbar ist, da auf das nichtmagnetische Zwischenteil verzichtet
werden kann. In vorteilhafter Weise übernimmt der Spulenkörper zusätzlich die Funktion
der magnetischen Trennung im elektromagnetischen Kreis und erhöht die Stabilität im Bereich der
Magnetspule. Stoffschlüssige
Fügeverfahren, wie
Schweißen,
die den Nachteil eines Wärmeverzugs
besitzen, kommen nicht zum Einsatz. Vielmehr können besonders vorteilhafte
Kunststoff-Metall-Pressverbindungen eingesetzt werden, die einfach
und sehr sicher und zuverlässig
anbringbar sind. Die erfindungsgemäße Anordnung hat zudem den Vorteil
einer Reduktion des Körperschalls
und damit der Geräuschentwicklung
gegenüber
bekannten Lösungen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen elektromagnetisch betätigbaren Ventils, insbesondere
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, den Kern und das ankerseitige Flussleitelement
durch Einpressen in dem Spulenkörper
oder in dem von dem Spulenkörper
umgebenen und möglicherweise
mit ihm verbundenen Einsatzteil zu befestigen. Dabei können die
Kunststoff-Metall-Pressverbindungen besonders sicher und zuverlässig hergestellt
werden, wenn in den Überlappungsbereichen
von Spulenkörper
bzw. Einsatzteil und Kern sowie Flussleitelement sägezahnähnliche
Strukturen vorgesehen sind. Im eingepressten Zustand von Kern und
Flussleitelement in dem Spulenkörper
oder in dem von dem Spulenkörper
umgebenen Einsatzteil korrespondiert die sägezahnähnliche Struktur des Kerns
bzw. des Flussleitelements mit der direkt gegenüberliegenden Fläche des
Spulenkörpers
oder des von dem Spulenkörper umgebenen
Einsatzteils, indem die sägezahnähnliche
Struktur in den Kunststoff eindringt und der Kunststoff relaxiert.
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Von
Vorteil ist es zudem, einen Führungsbereich
für den
Anker unmittelbar an dem Spulenkörper oder
an dem Einsatzteil vorzusehen.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein
Brennstoffeinspritzventil als Beispiel eines elektromagnetisch betätigbaren
Ventils gemäß dem Stand
der Technik, 2 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers in einer
vergrößerten Darstellung
entsprechend dem Ausschnitt II in 1, 3 zwei
weitere Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers mit
einem zusätzlichen
Einsatzteil in einer vergrößerten Darstellung
entsprechend dem Ausschnitt III in 1 und 4 eine
Darstellung eines Schnittes durch den Spulenkörper und das Einsatzteil entlang
der Linie IV-IV in 3.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das
in der 1 beispielsweise dargestellte elektromagnetisch
betätigbare
Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von
gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Brennstoffeinlassstutzen und
Innenpol dienenden Kern 2, der beispielsweise hier rohrförmig ausgebildet
ist und über
seine gesamte Länge
einen konstanten Außendurchmesser
aufweist. Ein in radialer Richtung gestufter Spulenkörper 3 nimmt
eine Bewicklung der Magnetspule 1 auf und ermöglicht in
Verbindung mit dem Kern 2 einen kompakten Aufbau des Einspritzventils
im Bereich der Magnetspule 1.
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Mit
einem unteren Kernende 9 des Kerns 2 ist konzentrisch
zu einer Ventillängsachse 10 dicht ein
rohrförmiges
metallenes nichtmagnetisches Zwischenteil 12 beispielsweise
durch Schweißen
verbunden und umgibt dabei das Kernende 9 teilweise axial.
Der gestufte Spulenkörper 3 übergreift
teilweise den Kern 2 und mit einer Stufe 15 größeren Durchmessers
das Zwischenteil 12 zumindest teilweise axial. Stromabwärts des
Spulenkörpers 3 und
des Zwischenteils 12 erstreckt sich ein rohrförmiger Ventilsitzträger 16,
der fest mit dem Zwischenteil 12 verbunden ist. In dem
Ventilsitzträger 16 verläuft eine Längsbohrung 17,
die konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 ausgebildet
ist. In der Längsbohrung 17 ist
eine zum Beispiel rohrförmige
Ventilnadel 19 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 20 mit
einem kugelförmigen
Ventilschließkörper 21,
an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 22 zum
Vorbeiströmen
des Brennstoffs vorgesehen sind, beispielsweise durch Schweißen verbunden
ist.
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Die
Betätigung
des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch.
Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 19 und damit zum Öffnen entgegen
der Federkraft einer Rückstellfeder 25 bzw. Schließen des
Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1,
dem Kern 2 und einem Anker 27. Der Anker 27 ist
mit dem dem Ventilschließkörper 21 abgewandten
Ende der Ventilnadel 19 durch eine Schweißnaht 28 verbunden
und auf den Kern 2 ausgerichtet. In das stromabwärts liegende,
dem Kern 2 abgewandte Ende des Ventilsitzträgers 16 ist
in der Längsbohrung 17 ein
zylinderförmiger
Ventilsitzkörper 29,
der einen festen Ventilsitz aufweist, durch Schweißen dicht
montiert.
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Zur
Führung
des Ventilschließkörpers 21 während der
Axialbewegung der Ventilnadel 19 mit dem Anker 27 entlang
der Ventillängsachse 10 dient eine
Führungsöffnung 32 des
Ventilsitzkörpers 29. Der
kugelförmige
Ventilschließkörper 21 wirkt
mit dem sich in Strömungsrichtung
kegelstumpfförmig verjüngenden
Ventilsitz des Ventilsitzkörpers 29 zusammen.
An seiner dem Ventilschließkörper 21 abgewandten
Stirnseite ist der Ventilsitzkörper 29 mit einer
beispielsweise topfförmig
ausgebildeten Spritzlochscheibe 34 konzentrisch und fest
verbunden. Im Bodenteil der Spritzlochscheibe 34 verläuft wenigstens
eine, beispielsweise verlaufen vier durch Erodieren oder Stanzen
ausgeformte Abspritzöffnungen 39.
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Die
Einschubtiefe des Ventilsitzkörpers 29 mit
der topfförmigen
Spritzlochscheibe 34 bestimmt die Voreinstellung des Hubs
der Ventilnadel 19. Dabei ist die eine Endstellung der
Ventilnadel 19 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch
die Anlage des Ventilschließkörpers 21 am
Ventilsitz des Ventilsitzkörpers 29 festgelegt,
während
sich die andere Endstellung der Ventilnadel 19 bei erregter
Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankers 27 am
Kernende 9 ergibt.
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Eine
in eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende
Strömungsbohrung 46 des
Kerns 2 eingeschobene Einstellhülse 48, die beispielsweise aus
gerolltem Federstahlblech ausgeformt ist, dient zur Einstellung
der Federvorspannung der an der Einstellhülse 48 anliegenden
Rückstellfeder 25,
die sich wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel 19 abstützt. Das
Einspritzventil ist weitgehend mit einer Kunststoffumspritzung 50 umschlossen.
Zu dieser Kunststoffumspritzung 50 gehört beispielsweise ein mitangespritzter
elektrischer Anschlussstecker 52. Ein Brennstofffilter 61 ragt
in die Strömungsbohrung 46 des
Kerns 2 an dessen zulaufseitigem Ende 55 hinein
und sorgt für
die Herausfiltrierung solcher Brennstoffbestandteile, die aufgrund
ihrer Größe im Einspritzventil
Verstopfungen oder Beschädigungen
verursachen könnten.
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In
der 2 sind ein erstes und zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers 3 in
einer vergrößerten Darstellung
entsprechend dem Ausschnitt II in 1 gezeigt.
Der erfindungsgemäße Spulenkörper 3 aus
einem Kunststoff zeichnet sich dadurch aus, dass er die Funktion
des bekannten Zwischenteils 12 übernimmt. In 2 ist rechts
ein erstes Beispiel eines Spulenkörpers 3 dargestellt,
der eine gestufte Innenöffnung 62 besitzt. Zumindest
in einem gewissen Überlappungsbereich von
Spulenkörper 3 und
Kern 2 bzw. Ventilsitzträger 16 ist die innere
Wandung des Spulenkörpers 3 im Bereich
der Innenöffnung 62 mit
einer etwas nach innen versetzten, weitgehend ebenen Oberfläche ausgeformt.
Diese Oberfläche
des Spulenkörpers 3 korrespondiert
mit einer sägezahnähnlich ausgelegten Struktur 63 am
Kernende 9 des Kerns 2 bzw. am oberen Ende des
Ventilsitzträgers 16.
Sowohl der Kern 2 als auch der Ventilsitzträger 16 werden
zur Herstellung von festen Verbindungen mit dem Spulenkörper 3 in
die Innenöffnung 62 des
Spulenkörpers 3 eingepresst,
und zwar in der Weise, dass sich die Struktur 63 fest,
sicher und verdrehfixiert an der Oberfläche des Spulenkörpers 3 verhakt
und verspreizt. Die sägezahnähnliche
Struktur 63 des metallenen Bauteils 2, 16 dringt
also in den Kunststoff des Spulenkörpers 3 ein, und der
Kunststoff relaxiert nachfolgend. Durch entsprechende Absätze 64 am
Kern 2 und Ventilsitzträger 16 kann
die Einpresstiefe für
diese Bauteile in den Spulenkörper 3 festgelegt
werden, an denen der Kern 2 und der Ventilsitzträger 16 im
eingepressten Zustand dann anliegen. Anstelle des Ventilsitzträgers 16 kann
auch ein anderes metallenes Bauteil in Form eines Düsenkörpers oder
eines ankerseitigen Flussleitelements angeordnet sein, das in den
Spulenkörper 3 eingepresst
wird.
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Die
Führung
des axial beweglichen Ankers 27, der fest mit der Ventilnadel 19 verbunden
ist und in den 2 und 3 nicht
dargestellt ist, erfolgt auf der rechten Seite der 2 z.B.
durch einen radial nach innen ragenden Führungsbund 65 am Spulenkörper 3,
der über
die axiale Erstreckung des Spulenkörpers 3 gesehen zwischen
den beiden Strukturen 63 liegt. Der Führungsbund 65 des
Spulenkörpers 3 erstreckt
sich somit in einen Spalt 66 zwischen dem Kernende 9 des
Kerns 2 und dem Ventilsitzträger 16 hinein. Der
Führungsbund 65 besitzt
dabei einen etwas geringeren Innendurchmesser als den Durchmesser
der Längsbohrung 17 des
Ventilsitzträgers 16,
um den Anker 27 während
seiner Axialbewegung sicher umschließen zu können. Die Führung des axial beweglichen
Ankers 27 erfolgt auf der linken Seite der 2 im
Gegensatz dazu z.B. durch einen radial nach innen ragenden Führungsbund 67 am
oberen Ende des Ventilsitzträgers 16.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
erstreckt sich Material des Spulenkörpers 3 geringfügig in den
Spalt 66 zwischen dem Kernende 9 des Kerns 2 und
dem Ventilsitzträger 16 hinein.
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Unter
Verzicht auf ein nichtmagnetisches Zwischenteil übernimmt in vorteilhafter Weise
der Spulenkörper 3 selbst
zusätzlich
die Funktion der magnetischen Trennung im elektromagnetischen Kreis
und erhöht
die Stabilität
im Bereich der Magnetspule 1. Stoffschlüssige Fügeverfahren, wie Schweißen, die
den Nachteil eines Wärmeverzugs
besitzen, kommen nicht zum Einsatz.
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In
der 3 sind ein drittes und ein viertes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Spulenkörpers 3 in
einer vergrößerten Darstellung
entsprechend dem Ausschnitt III in 1 gezeigt.
Gegenüber
den in der 2 dargestellten Ausführungsbeispielen
unterscheiden sich die Beispiele gemäß 3 insbesondere
dadurch, dass der Spulenkörper 3 zweiteilig
ausgeführt
ist. Der Spulenkörper 3 weist dazu
ein inneres Einsatzteil 3a auf, das dünnwandig ausgeführt ist
und entsprechend der gestuften Innenöffnung 62 des Spulenkörpers 3 ebenfalls
gestuft angepasst ist. Der erfindungsgemäße Spulenkörper 3 mit seinem
Einsatzteil 3a aus einem Kunststoff zeichnet sich ebenfalls
dadurch aus, dass er die Funktion des bekannten Zwischenteils 12 übernimmt.
In 3 ist rechts ein drittes Beispiel eines Spulenkörpers 3 dargestellt,
der eine gestufte Innenöffnung 62 besitzt. Die
Innenöffnung 62 des
Spulenkörpers 3 ist
glattwandig zur Aufnahme des gestuften Einsatzteils 3a ausgebildet,
so dass der Spulenkörper 3 das
Einsatzteil 3a umgibt. In einem gewissen Überlappungsbereich
von Einsatzteil 3a und Kern 2 bzw. Ventilsitzträger 16 ist
die innere Wandung des Einsatzteils 3a im Bereich der Innenöffnung 62a mit
einer weitgehend ebenen Oberfläche
ausgeformt. Diese Oberfläche des
Einsatzteils 3a korrespondiert mit einer sägezahnähnlich ausgelegten
Struktur 63 am Kernende 9 des Kerns 2 bzw.
am oberen Ende des Ventilsitzträgers 16.
Sowohl der Kern 2 als auch der Ventilsitzträger 16 werden
zur Herstellung von festen Verbindungen mit dem Spulenkörper 3 in
die Innenöffnung 62a des
Einsatzteils 3a eingepresst, und zwar in der Weise, dass sich
die Struktur 63 fest, sicher und z.B. verdrehfixiert an
der Oberfläche
des Einsatzteils 3a verhakt und verspreizt. Die sägezahnähnliche
Struktur 63 des metallenen Bauteils 2, 16 dringt
also in den Kunststoff des Einsatzteils 3a ein, und der
Kunststoff relaxiert nachfolgend. Durch entsprechende Absätze 64 am
Kern 2 und Ventilsitzträger 16 kann
die Einpresstiefe für diese
Bauteile in das Einsatzteil 3a festgelegt werden, an denen
der Kern 2 und der Ventilsitzträger 16 im eingepressten
Zustand dann anliegen. Anstelle des Ventilsitzträgers 16 kann auch
ein anderes metallenes Bauteil in Form eines Düsenkörpers oder eines ankerseitigen
Flussleitelements angeordnet sein, das in das Einsatzteil 3a eingepresst wird.
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Die
Führung
des axial beweglichen Ankers 27 erfolgt auf der rechten
Seite der 3 z.B. durch einen radial nach
innen ragenden Führungsbund 65 am
Einsatzteil 3a, der über
die axiale Erstreckung des Einsatzteils 3a gesehen zwischen
den beiden Strukturen 63 des Einsatzteils 3a liegt.
Der Führungsbund 65 des
Einsatzteils 3a erstreckt sich somit in einen Spalt 66 zwischen
dem Kernende 9 des Kerns 2 und dem Ventilsitzträger 16 hinein.
Die Führung
des axial beweglichen Ankers 27 erfolgt auf der linken Seite
der 3 im Gegensatz dazu z.B. durch einen radial nach
innen ragenden Führungsbund 67 am oberen
Ende des Ventilsitzträgers 16.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
erstreckt sich Material des Einsatzteils 3a geringfügig in den
Spalt 66 zwischen dem Kernende 9 des Kerns 2 und
dem Ventilsitzträger 16 hinein.
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4 zeigt
eine Darstellung eines Schnittes durch den Spulenkörper 3 und
das Einsatzteil 3a entlang der Linie IV-IV in 3.
Das Einsatzteil 3a weist ein Formelement 69 z.B.
in Form einer Nase auf, die als Verdrehfixierung dient und in eine
entsprechende Vertiefung des Spulenkörpers 3 eingreift.
Auf diese Weise kann mittels einer formschlüssigen Verbindung eine definierte
Einbauposition des Spulenkörpers 3 gegenüber dem
Kern 2 und dem Ventilsitzträger 16 gewährleistet
werden und ein Verrutschen des Spulenkörpers 3 gegenüber dem
Einsatzteil 3a vermieden werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf eine Anwendung bei einem Brennstoffeinspritzventil
beschränkt,
sondern bei verschiedenen Typen von elektromagnetisch betätigbaren
Ventilen einsetzbar, bei denen bei erregter Magnetspule 1 Magnetfeldlinien
von einem Flussleitelement 16 über einen bewegbaren Anker 27 und
einen festen Kern 2 geleitet werden.