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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug
gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Stand der Technik
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 011 095 A1 ist ein Kraftstoffinjektor
zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
mit einer an eine Drosselplatte angrenzenden Ventilsteuerplatte
bekannt. Zur Steuerung der Schließbewegung einer Düsennadel
ist in der Ventilsteuerplatte ein Ventilschließglied vorgesehen, welches
mittels eines Federelementes gegen einen Ventilsitz in der Ventilsteuerplatte
in einer Schließstellung vorgespannt
ist. Das Federelement liegt seitens des Ventilschließgliedes
an einem Federkragen an, welcher am Ventilschließglied angeformt ist. Das Ventilschließglied ist
rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei das als Spiraldruckfeder
ausgeführte
Federelement konzentrisch um das Ventilschließglied herum angeordnet ist
und eine Druckkraft zwischen dem Federkragen und der Drosselplatte
ausübt.
Das Ventilschließglied
wird mittels eines piezoelektrischen Aktors gesteuert, indem der
Aktor das Ventilschließglied entweder
vom Ventilsitz abhebt, so dass der Druck im Ventilsteuerraum oberhalb
der Düsennadeln
auf Raildruck ansteigt und die Düsennadel
in die Schließstellung
bewegt. Dabei führt
das Ventilschließglied
eine Hubbewegung in einer Bewegungsachse aus, wobei das Ventilschließglied lediglich
durch den Ventilsitz in der Ventilsteuerplatte axial und selbstzentrierend
geführt
ist.
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Bei
einer derartigen Anordnung eines Ventilschließgliedes entsteht das Problem,
dass aufgrund von Querkrafteffekten einer Spiraldruckfeder eine Verkippung
des Ventilschließgliedes
verursacht wird, was einen erhöhten
Verschleiß des
Ventilschließgliedes
bzw. des Ventilsitzes in der Ventilsteuerplatte verursachen kann.
Ferner weicht die Schließcharakteristik
der Düsennadel
aufgrund einer ungeführten Bewegung
des Ventilschließgliedes
in den Schließsitz
vom gewünschten
Verhalten ab.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor
mit einem Ventilschließglied
zu schaffen, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet
und eine verkippungsfreie Hubbewegung des Ventilschließgliedes
in der Bewegungsachse der Hubbewegung zu schaffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Kraftstoffinjektor zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Ventilschließglied gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass das Federelement mehrere auf dem
Umfang verteilte biegeelastische Federbügel aufweist, welche sich zwischen
dem Federkragen des Ventilschließgliedes und der Drosselplatte
erstrecken, wobei die biegeelastischen Federbügel bei einer Kompression des
Federelementes seitlich einfedern, um eine Druckfederwirkung zu
erzielen.
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Die
Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, ein Federelement zu schaffen,
welches als Druckfeder einsetzbar ist, und eine querkraftfreie Kompression über dem
Einfederweg ermöglicht,
um ein Verkippen des Ventilschließgliedes zu vermeiden. Aufgrund
der rotationssymmetrischen Ausbildung des erfindungsgemäßen Federelementes
konzentrisch um das Ventilschließglied heben sich über dem Umfang
verteilte Querkraftkomponenten derart gegeneinander auf, dass eine
Kraftwirkung ausschließlich
in der Bewegungsachse auf das Ventilschließglied eingebracht wird.
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Das
Federelement weist symmetrisch um den Umfang verteilte biegeelastische
Federbügel auf,
welche sich bei einer Kompression des Federelementes elastisch verbiegen.
Die Biegebewegung der biegeelastischen Federbügel erfolgt in seitlicher Richtung,
was bedeutet, dass die Federbügel
entweder in tangentialer Richtung innerhalb des Hüllkörpers des
Federelementes einfedern oder alternativ radial nach außen gerichtet
einfedern. Die resultierende Federkraft ergibt sich aus der Summe
der Einzelfederkräfte
der biegeelastischen Federbügel.
Vorteilhafterweise kann das Federelement gemäß der vorliegenden Erfindung
ohne bauliche Veränderungen
am Ventilschließglied,
an der Ventilsteuerplatte oder gar an der Drosselplatte gegen die
Druckspiralfeder gemäß des Standes
der Technik ausgetauscht werden, wobei sich der gewünschte Erfolg
einer querkraftfreien Charakteristik der Einfederung des Federelementes
ergibt.
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Gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung ist das Federelement aus einem Federdraht
gebildet, welcher mäanderförmig gebogen
ist und sich korbartig um das Ventilschließglied herum erstreckt, wobei
etwa parallel zur Bewegungsachse verlaufende Mäanderabschnitte die biegeelastischen
Federbügel
bilden. Gemäß dieses
ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine einfache konstruktive
Gestalt des Federelementes, in dem ein Federdraht mit einem runden
oder rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt in eine mäanderförmige Struktur
gebogen wird, welche anschließend
in eine Ringstruktur gebracht wird, um einen kreisförmigen Federkorb
zu bilden. Die Enden des Federdrahtes können miteinander verschweißt oder
verlötet
werden, um eine Aufweitung des korbartigen Federelementes in Umfangsrichtung
zu unterbinden. Durch eine Anpassung des Drahtdurchmessers, der
Form der Biegearme und der Anzahl der Biegearme kann die Steifigkeit der
Feder variiert werden. Die Biegedrahtfeder weist somit äußere Abmessungen
mit einer gegebenen Höhe
und einem Innendurchmesser auf. Der Innendurchmesser orientiert
sich an dem Durchmesser des Ventilschließgliedes, und kann zugleich
durch dieses geführt
werden.
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Gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
Erfindung ist vorgesehen, dass in den die biegeelastischen Federbügel bildenden
Mäanderabschnitten
eine Krümmung
mit einem Krümmungsradius
(R) eingebracht ist, wodurch eine seitliche Einfederung vorgebbar
ist. Die biegeelastischen Federbügel
bildenden Mäanderabschnitte
und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Bewegungsachse
des Ventilschließgliedes.
Dabei weicht die Struktur des Federdrahtes leicht von der Mäanderform
ab, da die eingebrachte Krümmung
zur Vorgabe der seitlichen Einfederung erforderlich ist. Die Richtung
der Krümmung
der Mäanderabschnitte
liegt entweder in tangentialer Richtung innerhalb des Hüllkörpers des
Federkorbes, wobei auch eine radial nach außen orientierte Biegerichtung
möglich
ist, in der die Krümmung in
den Mäanderabschnitt
eingebracht ist.
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Gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
Erfindung weist der Federdraht zwischen den die biegeelastischen
Federbügel
bildenden Mäanderabschnitten Aufstandsabschnitte
auf, mit denen der Federdraht am Federkragen des Ventilschließgliedes und
an der Drosselplatte anliegt. Der Federdraht weist insgesamt acht
die biegeelastischen Federbügel
bildenden Mäanderabschnitte
auf, welche jeweils paarweise eine Mäanderschleife bilden, wobei
die Mäanderschleifen
etwa 90° zueinander
versetzt auf dem Umfang des Federelementes verteilt angeordnet sind.
Der Federdraht bildet zunächst
innerhalb eines rohrförmigen
Hüllkörpers eine
zylindrische Grundform. Beginnend mit einem Teil des Aufstanzabschnittes
verläuft
dieser in der Horizontalen und ist nachfolgend etwa 90° abgewinkelt
und erstreckt sich in vertikaler Richtung parallel zur Bewegungsachse. Dabei
bilden die vertikalen Mäanderabschnitte,
welche die biegeelastischen Federbügel bilden, keine Gerade, sondern
weisen eine Krümmung
mit dem Krümmungsradius
(R) auf. Nach Erreichen der Höhe des
Rohrabschnittes folgt im Drahtverlauf eine weitere Biegung um etwa
90°, so
dass der Federdraht wieder in der Horizontalen verläuft und
den oberen Aufstandsabschnitt bildet. Die jeweiligen Aufstandsabschnitte
nehmen einen Winkelabschnitt von 45° ein, so dass nach Erreichen
des Winkelabschnittes der Federdraht wieder etwa 90° nach unten
gerichtet abgewinkelt verläuft
und in den Mäanderabschnitt übergeht,
welcher den nächsten
biegeelastischen Federbügel
bildet. Die Struktur wiederholt sich vierfach gleich verteilt auf
dem Umfang, so dass das Federelement vier Mäanderschleifen aufweist, die
jeweils 90° zueinander
versetzt sind.
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Gemäß eines
weiteren Ausführungsbeispiels der
Erfindung ist das Federelement aus einem zylindrischen Rohrabschnitt
gebildet, und der Rohrabschnitt weist in der Mantelfläche ausgebildete
Aussparungen auf, so dass die in der Mantelfläche verbleibenden Bereiche
zwischen den Aussparungen die biegeelastischen Federbügel bilden.
Auch bei dieser Ausführungsform
ist das Ziel erreicht, dass eine querkraftfreie Bügelfederhülse gebildet
wird. Die Aussparungen werden beispielsweise mittels Laserstrahlschneiden
aus der Mantelfläche
des Rohrabschnittes herausgetrennt. Die verbleibende Struktur weist
Bereiche zwischen den Aussparungen auf, die die biegeelastischen
Federbügel
bilden. Dabei bilden die zwischen den Aussparungen angeordneten
und den Rohrabschnitt längsseitig
begrenzenden Endflächen
verbleibende Bereiche jeweilige Aufstandsringe, über die das Federelement am
Federkragen und an der Drosselplatte anliegt. Die biegeelastischen Federbügel, welche
aus den verbleibenden Bereichen zwischen den Aussparungen gebildet
werden, gehen materialeinheitlich in die Aufstandsringe über. Die
biegeelastischen Federbügel
weisen eine Krümmung
mit einem Krümmungsradius
(R) auf, wodurch einen seitliche Einfederung vorgebbar ist. Die Federbügel zwischen
den Aufstandsringen weisen vor Übergang
in den Bereich der Krümmung
sich von den Aufstandsringen etwa rechtwinklig erstreckende ungekrümmte Führungsbereiche
auf, um das Federelement konzentrisch auf dem Ventilschließglied zu führen. Dabei
kann das Federelement insgesamt 8 Federbügel umfassen, deren Krümmung in
seitlicher Richtung abwechselnd ausgebildet ist, um eine torsionsfreie
Kompression des Federelementes zu schaffen. Aufgrund der in Richtung
abwechselnd ausgebildeten Krümmungen
innerhalb der Federbügel
heben sich entstehende Torsionskräfte gegeneinander auf. Die
insgesamt 8 vorgesehenen Federbügel
sind über dem
Umfang des Federelementes gleich verteilt angeordnet, so dass sich
eine Symmetrie des Federelementes ergibt. Die Bügel federn axial ein, wobei
die Ausfederung jeweils in seitlicher Richtung erfolgt. Die radiale
Verformung der Bügel
beinhaltet nicht die Gefahr der Berührung an der Wand der Ventilraumbohrung,
da diese geometrisch angepasst sind. Zur Minimierung der Spannungen
weist die das Federelement bildende Bügelfederhülse acht biegeelastische Federbügel auf,
wobei auch eine andere Anzahl von Federbügeln vorgesehen werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Federelementes ist vorgesehen, dass das Federelement aus einem
mittels Stanz- und Biegevorgängen herstellbaren
Federkorb gebildet ist, wobei der Federkorb mehrere Ringabschnitte
aufweist, welche über
Federstegabschnitte miteinander verbunden sind, so dass die Ringabschnitte
und die Federstegabschnitte insgesamt einstückig ausgebildet sind. Dabei
besteht der Federkorb aus einem zentralen Ringabschnitt, von dem
sich drei Federstegabschnitte in Winkelsegmenten von 120° gleich beabstandet voneinander
radial nach außen
erstrecken, an denen jeweils zwei Ringabschnitte radial nach außen angeformt
sind, zwischen denen jeweils ein weiterer Federstegabschnitt angeordnet
ist. Damit ist die Ausgangsform des Federelementes gebildet, welche
aus einem Blechmaterial vom Band gestanzt werden kann. Das Bandmaterial
kann ein Federstahl umfassen, welcher bedarfsabhängig einer Wärmebehandlung
unterzogen werden kann. Somit befindet sich das Federelement zunächst in
einem ebenen Ausgangszustand, und um den zentralen Ringabschnitt herum
erstrecken sich sternförmig
die Federstegabschnitte, an welchen jeweils wiederum ein Ringabschnitt
folgt, und ferner radial nach außen ein jeweils weiterer Federstegabschnitt
ausgebildet ist, welcher in einem letzten Ringabschnitt endet. Diese
Geometrie wiederholt sich dreifach auf dem Umfang des zentralen
Ringabschnittes verteilt, so dass die insgesamt sieben Ringabschnitte
und sechs Federstegabschnitte ein materialeinheitlich zusammenhängendes Element
bilden.
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Ferner
ist vorgesehen, dass die Ringabschnitte jeweils Symmetrieachsen
aufweisen, und die Ringabschnitte mittels elastischer Biegung der Federstegabschnitte
derart übereinander
bringbar sind, dass die Symmetrieachsen der Ringabschnitte miteinander
fluchten, wodurch der Federkorb bildbar ist. Aufgrund dieser Geometrie
ergibt sich ein praktisch querkraftfreies Federelement, was mit
einer Bügelfeder
vergleichbar ist. Die Federrate kann aufgrund entsprechend gewählter Materialeigenschaften
und der Materialdicke an die Federrate der Schraubendruckfeder angepasst
sein. Um die radiale Verformung der Federstegabschnitte bei maximalen Hub
des Ventilschließgliedes
und die auftretenden Spannungen im Material zu minimieren, kann
die Bügelfeder
zweilagig ausgeführt
sein, wobei auch mehrere Lagen prinzipiell möglich sind.
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Durch
die Wahl eines großen
Durchmessers des oberen Ringabschnittes wird die Priorität bei der Wiederbefüllung des
Ventil- und Steuerraums innerhalb der Ventilsteuerplatte bzw. oberhalb
der Düsennadel
auf den Steuerraum gelenkt. Somit ist ein schnelles Schließen der
Düsennadel
möglich.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass am zentralen Ringabschnitt Abstandshalter
integriert werden. Sie minimieren zusätzlich ein Deaxieren des Ventilbolzens.
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Gemäß dieses
Ausführungsbeispiels
wird ein Federelement geschaffen, wobei die in Flucht gebrachten
Ringabschnitte einen oberen Aufstandsring zur Anlage am Federkragen
und einen unteren Aufstandsring zur Anlage an der Drosselplatte
bilden, wobei gleich beabstandet zwischen dem oberen und dem unteren
Aufstandsring ein Zwischenring gebildet ist, und sich zwischen dem
Aufstandsring und dem Zwischenring jeweils drei Federstegabschnitte
erstrecken, die die biegeelastischen Federbügel bilden. Zunächst wird
durch eine Biegung eines ersten Federstegabschnittes um 180° ein erster
an dem zentralen Ringabschnitt angebundener weiterer Ringabschnitt
in eine fluchtende Position gebracht. Ein zweiter Ringabschnitt
wird um den zentralen Ringabschnitt gebogen, wobei auch der zweite
Federstegabschnitt eine Krümmung
von 180° aufweist.
Diese Schritte werden insgesamt sechsfach wiederholt, bis alle Ringabschnitte
etagenförmig
auf drei Ebenen übereinander
gebracht sind und die jeweiligen Symmetrieachsen in der Bewegungsachse
des Ventilschließgliedes
liegen.
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Zwischen
den jeweiligen Ebenen der Ringabschnitte erstrecken sich mit einer
Krümmung
von 180° jeweils
drei Federstegabschnitte gleich beabstandet auf einem Umfang von 120°. Die Winkelpositionen
der drei Federstegabschnitte zwischen dem unteren Ringabschnitt
und dem mittleren Ringabschnitt im Verhältnis zum mittleren Ringabschnitt
und dem oberen Ringabschnitt sind um jeweils 60° versetzt. Somit kann ein Federelement
gebildet werden, welches ein praktisch querkraftfreies komprimieren erlaubt,
wobei durch die Kompression eine elastische Biegung innerhalb der
Federstegabschnitte hervorgerufen wird, und sich die Federkräfte der
jeweiligen Federstegabschnitte zwischen gleichen Ebenen addieren,
wobei sich der Federweg zwischen dem untersten Ringabschnitt und
dem mittleren Ringabschnitt sowie dem mittleren Ringabschnitt und
den oberen Ringabschnitt addiert.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von Figuren näher
dargestellt.
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Ausführungsbeispiele
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Es
zeigt:
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1 eine
Ansicht eines Ausschnittes eines Kraftstoffinjektors im Querschnitt
mit einem Ventilschließglied,
welches innerhalb einer Ventilsteuerplatte angeordnet ist und mittels
eines erfindungsgemäßen Federelementes
in einer Schließstellung
vorgespannt ist;
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
Federelementes gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem eingebauten Zustand;
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3 zeigt
das Federelement gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels
in 2;
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Federelementes gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem eingebauten Zustand;
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Federelementes gemäß des Ausführungsbeispiels
in 4;
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6 zeigt
eine dimetrische Ansicht des Federelementes gemäß des Ausführungsbeispiels aus 4 und 5;
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Federelementes in einem eingebauten Zustand;
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8a zeigt
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Federelementes
in einer ebenen Form;
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8b zeigt
das Federelement gemäß 8a nach
einer ersten Biegeoperation;
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8c zeigt
das Federelement gemäß des Ausführungsbeispiels
aus 8a in einem fertig gebogenen Zustand;
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9 zeigt
das Federelement gemäß des Ausführungsbeispiels
aus den 7 bis 8c mit einem
Abstandshalter im eingebauten Zustand; und
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10 zeigt
eine Draufsicht des Federelementes mit drei Abstandshaltern.
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Die 1 zeigt
einen Kraftstoffinjektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine in einer quergeschnittenen
Ansicht. Die Ansicht zeigt einen Ausschnitt des Kraftstoffinjektors 1 im
Bereich einer Drosselplatte 10, welche an einer Ventilsteuerplatte 11 angrenzt.
In der Ventilsteuerplatte 11 ist zur Steuerung der Schließbewegung
einer Düsennadel 12 ein
Ventilschließglied 13 mit
einem angeformten Federkragen 14 aufgenommen, wobei sich
das Ventilschließglied 13 in
der Bewegungsachse 15 hubbeweglich auf und ab bewegen kann.
In einer nach oben gerichteten Position befindet sich das Ventilschließglied 13 in
einer Schließstellung,
wobei innerhalb der Ventilsteuerplatte 11 ein Ventilsitz
eingebracht ist, gegen den das Ventilschließglied 13 durch ein
Federelement 16 in einem dichtenden Sitz vorgespannt wird.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
Federelementes 16, wobei der Ausschnitt mit Sitz des Ventilschließgliedes 13 aus 1 in
vergrößerter Form
dargestellt ist. In der Darstellung ist sowohl die Ventilsteuerplatte 11,
welche sich oberhalb der Drosselplatte 10 befindet, dargestellt,
wobei ein Druckkanal nach unten gerichtet in der Drosselplatte 10 unterhalb
des Ventilschließgliedes 13 eingebracht ist.
Das Ventilschließglied 13 umfasst
einen angeformten Federkragen 14, gegen den das Federelement 16 abgestützt ist,
um das Ventilschließglied 13 entgegen
der Drosselplatte 10 vorzuspannen. Das Federelement 16 erstreckt
sich somit zwischen der Drosselplatte 10 und dem Federkragen 14.
Die vertikalen Abschnitte des Federelementes 16 sind aus biegeelastischen
Federbügeln 17 gebildet,
wobei das Federelement 16 insgesamt acht biegeelastische
Federbügel 17 umfasst,
wobei jedoch in der graphischen Darstellung in 2 nur
vier Federbügel 17 dargestellt
sind.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Federelementes 16 gemäß 2.
Das Federelement 16 ist aus einem Federdraht 18 gebildet,
welcher mäanderförmig gebogen
ist und eine Art Federkorb bildet. Parallel zur Bewegungsachse 15 erstrecken
sich die biegeelastischen Federbügel 17a bis 17h,
wobei die biegeelastischen Federbügel einen Krümmungsradius
R aufweisen. Der Krümmungsradius
R ist in den biegeelastischen Federbügeln 17 abwechselnd
innerhalb der tangentialen Richtung in der Mantelfläche des korbartigen
Federelementes 16 ausgebildet, um eine seitliche Einfederung
vorzugeben. Die biegeelastischen Federbügel 17, welche sich
parallel zur Bewegungsachse 15 erstrecken, gehen in jeweilige
Aufstandsabschnitte 19a bis 19i über, wobei
die Aufstandsabschnitte 19a, 19c, 19e, 19g sowie 19i jeweils
auf der Drosselplatte aufliegen, d.h., dass diese Aufstandsabschnitte
die untere Endseite des Federelementes 16 bilden. Hingegen
bilden die Aufstandsabschnitte 19b, 19d, 19f und 19h die
obere Endseite des Federelementes 16, welche gegen den
Federkragen an dem Ventilschließglied
anliegen.
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Die
sich parallel zur Bewegungsachse 15 erstreckenden vertikalen
Mäanderabschnitte,
welche im Wesentlichen durch die biegeelastischen Federbügel 17a bis 17h gebildet
sind, gehen zunächst
in einen sich vertikal erstreckenden Abschnitt über, bevor diese 90° abknicken,
um in die Aufstandsabschnitte 19a bis 19i überzugehen.
Somit wird in den korbartigen Federelement 16 ein jeweiliger
Führungsabschnitt
gebildet, um das Federelement 16 konzentrisch um das Ventilschließglied anzuordnen, in
dem jeweils ein Führungsabschnitt
gebildet wird.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Federelementes 16 dargestellt, welches das Ventilschließglied 13 gegen
die Ventilsteuerplatte 11 in der Bewegungsachse 15 vertikal
nach oben gerichtet abstützt.
Dabei grenzt das Federelement 16 an die Drosselplatte 10 an.
Das Federelement 16 umfasst Federbügel 17, welche sich
zwischen dem Federkragen 14 am Ventilschließglied 13 und
der Drosselplatte 10 erstrecken.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Federelementes 16 gemäß des zweiten
Ausführungsbeispiels
aus 4. Das Federelement 16 ist aus einem
zylindrischen Rohrabschnitt gebildet, wobei der Rohrabschnitt in
der Mantelfläche
ausgebildete Aussparungen aufweist, sodass die in der Mantelfläche verbleibenden
Bereiche zwischen den Aussparungen die biegeelastischen Federbügel 17a bis 17h bilden.
Zwischen den Aussparungen und der den Rohrabschnitt längsseitig
begrenzenden Endflächen verbleibende
Bereiche bilden jeweilige Aufstandsringe 21a sowie 21b,
wobei der Aufstandsring 21a gegen den Federkragen und der
Aufstandsring 21b gegen die Drosselplatte anliegt.
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6 zeigt
das Federelement 16 gemäß 5,
welches aus einem zylindrischen Rohrabschnitt gebildet ist. Die
schraffierten Flächen 20a, 20b und 20c zeigen
die jeweiligen Aussparungen aus der Mantelfläche des zylindrischen Rohrabschnittes, welche
beispielsweise mittels Laserstrahlung aus dem zylindrischen Rohrabschnitt
herausgetrennt werden, so dass die Bereiche zwischen den Aussparungen 20a, 20b und 20c verbleiben
und die biegeelastischen Federbügel 17a bis 17d bilden.
Der Laserschnitt ist dabei so geführt, dass die biegeelastischen Federbügel 17 zunächst in
Führungsbereiche 22 übergehen,
bevor diese materialeinheitlich und einstückig in die Aufstandsringe 21a und 21b münden. Gemäß dieses
Ausführungsbeispiels
des Federelementes 16 wird als Ausgangsmaterial ein zylindrischer
Rohrabschnitt gewählt,
wobei durch den flexiblen Laserschnitt zum Ausschneiden der Aussparungen 20a, 20b sowie 20c eine
hohe Flexibilität
zur Gestaltung des Federelementes gegeben ist. Insgesamt werden
acht Aussparungen 20 zwischen den jeweiligen Federbügeln ausgeschnitten,
wobei aufgrund der Ansicht des Federelementes 16 in 6 nur
drei Aussparungen darstellbar sind.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Federelementes 16, welches sich zwischen der Drosselplatte 10 und
dem Federkragen 14, welcher am Ventilschließglied 13 angeformt
ist, erstreckt. Das Federelement 16 spannt auch in diesem
Ausführungsbeispiel
das Ventilschließglied 13 gegen
einen Ventilsitz, welcher innerhalb der Ventilsteuerplatte ausgebildet
ist.
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Eine
detaillierte Ansicht des Federelementes 16 zeigen die 8a bis 8c.
Das Federelement 16 ist gemäß dieses Ausführungsbeispiels
aus einem stanz- und biegetechnisch hergestellten Bandmaterial ausgebildet.
Das Federelement 16 bildet im fertig umgeformten Zustand
einen Federkorb, welcher aus mehreren Ringabschnitten 23a–23g besteht,
welcher über
Federstegabschnitte 24a–24f miteinander verbunden
sind, so dass die Ringabschnitte 23 und die Federstegabschnitte 24 insgesamt
einstückig,
d.h. materialeinheitlich und aus einem ebenen entsprechend geformten
Blech gebildet sind.
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Zunächst umfasst
das Federelement einen zentralen Ringabschnitt 23a. Um
diesen herum erstrecken sich in Winkelsegmenten von 120° jeweils drei
Federabschnitte 24a, 24b und 24c. Die
Federstegabschnitte 24a bis 24c verlaufen radial
nach außen
gerichtet, und münden
in jeweils drei weitere Ringabschnitte 23b, 23c und 23d.
An den Ringabschnitten 23b, 23c und 23d erstrecken
sich wiederum radial nach außen
gerichtet drei weitere Federstegabschnitte 24d, 24e und 24f.
Außenseitig
an den Federstegabschnitten 24d bis 24f sind jeweils
drei weitere Ringabschnitte 23e, 23f und 23g angeformt.
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Zur
Herstellung des korbartigen Federelementes 16 sind nunmehr
mehrere Biegeoperationen erforderlich, welche jeweils eine 180° umfassende Biegung
der jeweiligen Federstegabschnitte umfassen. Dabei wird zunächst der
Federstegabschnitt 24a 180° nach unten gebogen. Die Ringabschnitte 23 umfassen
jeweilige Symmetrieachsen 25, wobei nunmehr die Symmetrieachse 25 des
zentralen Ringabschnittes 23a mit der Symmetrieachse 25 des
Ringabschnittes 23b fluchtet. Die nachfolgenden Biegeoperationen
erfolgen in gleicher Weise, so dass die jeweiligen Symmetrieachsen 25 aller
Ringabschnitte 23 in eine Flucht gebracht werden. Insgesamt
umfasst die Herstellung des korbartigen Federelementes 16 sechs
Biegeoperationen in sechs Schritten.
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Nach
der Ausführung
des ersten Schrittes der Biegung des Federstegabschnittes 24a um
180° nach
unten gerichtet, folgt eine Biegung des Federstegabschnittes 24b ebenfalls
180° nach
unten gerichtet. Als weiterer Schritt folgt nunmehr eine 180° Biegung
des Federstegabschnittes 24c nach unten. Somit sind die
Ringabschnitte 23b, 23c und 23d in Flucht
mit der Symmetrieachse 25 des zentralen Ringabschnittes 23a.
Die Schritte 1 bis 3 zur Biegung der Federstegabschnitte 24a, 24b und 24c erfolgen
in der entstandenen Form nunmehr für die Federstegabschnitte 24d, 24e und 24f auf
gleiche Weise. Somit sind die Ringabschnitte 23e, 23f und 23g ebenfalls
in die Flucht der Symmetrieachse 25 des zentralen Ringabschnittes 23 gebogen.
Als Resultat entsteht ein korbartiges Federelement 16,
wie dieses in 8c gezeigt ist. Dieser bildet
nunmehr einen Aufstandsring 21a auf einer oberen Seite,
und einen Aufstandsring 21b auf der unteren Seite. Zwischen
den Aufstandsringen 21a und 21b ist ein Zwischenring 26 gelegen,
welcher konstruktionsbedingt aufgrund der oben beschriebenen Biegeoperationen
gebildet wird.
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Die
Federstegabschnitte 24a bis 24f bilden die Federbügel 17a bis 17f.
Eine entsprechende Zuordnung kann den jeweiligen Biegerichtungen
entnommen werden. Die Federbügel 17a–17f erstrecken
sich jedoch nur zwischen den Aufstandsringen 21a und 21b auf
der oberen und unteren Seite und dem Zwischenring 26. Damit
wird erreicht, dass die seitliche Einfederung der Federbügel 17 aufgrund
einer Kompression des Federelementes 16 nur einen begrenzten
radialen Ausschlag aufweisen, um in die begrenzten Raumverhältnisse
innerhalb der Ventilsteuerplatte integriert zu werden.
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In 9 ist
ein Federelement 16 gemäß des Ausführungsbeispiels
der 7 bis 8c gezeigt. Das Federelement 16 ist
im eingebauten Zustand innerhalb der Ventilsteuerplatte 11 gezeigt,
und erstreckt sich konzentrisch zum Ventilschließglied 13 zwischen
dem Federkragen 14 sowie der Drosselplatte 10.
Gemäß dieses
in 9 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das Federelement 16 einen
Abstandshalter 27 auf, welcher zur seitlichen Führung des
Federelementes 16 innerhalb der Innenwandung der Ventilsteuerplatte 11 dient.
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10 zeigt
die im Stanzverfahren an das Ausgangsmaterial des Federelementes 16 angeformten
Abstandshalter 27a, 27b sowie 27c. Diese sind
jeweils 60° versetzt
zu den Federstegabschnitten 24a, 24b und 24c um
den zentralen Ringabschnitt 23a herum angeordnet. Die Abstandshalter 27 werden
nicht biegetechnisch verformt, so dass diese in der Ebene des Ringabschnittes 23a verbleiben.
Somit ist gewährleistet,
dass das Federelement 16 und zugleich das Ventilschließglied 13 innerhalb der
Bohrung in der Ventilsteuerplatte 11 konzentrisch zur Bewegungsachse 15 geführt ist.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.