DE102009002909A1

DE102009002909A1 - Einspritzventil für ein Fluid

Info

Publication number: DE102009002909A1
Application number: DE200910002909
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schmieder; Thomas Sebastian; Ralf Kromer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Es wird ein Einspritzventil für ein Fluid, insbesondere für Kraftstoff, angegeben, das einen stirnseitig mit einem Anschlussstück (19) verschlossenen Hohlkörper (15), einen im Hohlkörper (15) aufgenommenen Aktor (16) und mit dem Aktor (16) in elektrisch leitender Verbindung stehende Anschlussstifte (26) aufweist, die zum Verbinden mit einem auf dem Anschlussstück (19) angeordneten Anschlussstecker (28) durch im Anschlussstück (19) vorgehaltene Axialkanäle (27) elektrisch isoliert hindurchgeführt sind. Zur Beseitigung der Gefahr des Ausschiebens der Anschlussstifte (26) aus dem Anschlussstück (19) beim Aufspritzen eines die anschlussseitige Dichtheit des Einspritzventils herstellenden Kunststoffkörpers (32) auf das Anschlussstück (19) ist in jeden Axialkanal (279 ein den Anschlussstift (26) umschließendes Dichtungselement (32) aus Kunststoff eingesetzt, vorzugsweise eingepresst, das sich an der vom Hohlkörper (15) abgekehrten Stiftaustrittsöffnung des Axialkanals (27) am Anschlussstück (19) axial abstützt (Fig. 4).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Einspritzventil für ein Fluid, insbesondere für Kraftstoff, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil ( DE 103 55 645 A1 ) weist einen piezoelektrischen Aktor auf, der zusammen mit einem hydraulischen Kuppler in einem stirnseitig offenen, zylindrischen Hohlkörper aufgenommen ist. Der Hohlkörper ist abspritzseitig von einem Düsenkörper, in dem eine von dem Aktor betätigbare Ventilnadel zum Schließen und Freigeben einer im Düsenkörper ausgebildeten Abspritzöffnung axial verschieblich geführt ist, und abspritzfern von einem Anschlussstück abgeschlossen. Von dem Aktor abgehende elektrische Anschlussstifte sind isoliert durch im Anschlussstück vorhandene Axialkanäle zu einem Anschlussstecker für ein elektrisches Anschlusskabel geführt, der auf der vom Hohlkörper abgekehrten Außenseite des Anschlussstücks angeordnet ist.
Ein bekannter piezoelektrischer Aktor für ein Kraftstoffeinspritzventil ( DE 103 19 599 A1 ) weist einen Stapel oder einen sog. Stack aus mehreren übereinanderliegenden, piezoelektrischen Einzelelementen auf. Der Piezoelementstapel ist von einer oberen und einer unteren Abdeckplatte bedeckt. Die beiden Abdeckplatten sind über eine Rohrfeder miteinander verbunden, die über die Abdeckplatten den Piezoelementstapel mit Vorspannung auf Druck beansprucht. Der Piezostapel wird über zwei Kontaktstifte elektrisch bestromt, die jeweils in einer zwischen den beiden Abdeckplatten sich erstreckenden Isolierhülse verlaufen und mit einem blanken Endabschnitt durch die obere Abdeckplatte hindurchragen und innerhalb des Einspritzventils kontaktiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer einfachen Montage des Einspritzventils durch einfaches Fügen von Hohlkörper und Anschlussstück, wobei die finale Kunststoffumspritzung des Anschlussstücks zwecks Herstellung des Kunststoffkörpers eine einfache Integration des Anschlusssteckers mit zuverlässiger Abdichtung des Einspritzventils im Anschlusssteckerbereich ermöglicht. Durch die in die Axialkanäle erfindungsgemäß eingesetzten Dichtungselemente, die sich an der Austrittsöffnung der Anschlussstifte am Anschlussstück abstützen, wird einerseits eine elektrisch isolierende und abdichtende Herausführung der blanken Anschlussstifte aus dem Anschlussstück erzielt und werden andererseits die Wirkflächen an den Anschlussstiften, auf die beim finalen Kunststoffumspritzen des Anschlussstücks zum Aufbringen des Kunststoffkörpers der hohe Spitzdruck wirkt, deutlich reduziert, so dass ein axiales Auspressen der Anschlussstifte aus dem Anschlussstück beim finalen Kunststoffumspritzen zuverlässig verhindert wird. Bei Verzicht auf die erfindungsgemäßen Dichtungselemente in den stiftaustrittsseitigen Endabschnitten der Axialkanäle müssten die die Anschlussstifte in den Axialkanälen umhüllenden Isoliermäntel aus isoliertechnischen Gründen bis zu den stiftaustrittsseitigen Mündungen der Axialkanäle geführt werden. Damit würden sich die Wirkflächen an den Anschlussstiften, auf die beim finalen Kunststoffumspritzen der Spritzdruck wirkt, um die Ringflächen der Isoliermäntel vergrößern. Da diese Ringflächen zudem deutlich größer sind als die Stirnflächen der blanken Anschlussstifte, sind die Axialkräfte, die auf die mit dem Kunststoffmantel umspritzten Anschlussstifte wirken, sehr groß und können zu einem Auspressen der mit dem Isoliermantel umspritzten Anschlussstifte aus dem Anschlussstück führen, was eine erhebliche Ausschussquote bei der Fertigung zur Folge hätte.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Einspritzventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes Dichtungselement einen in den Axialkanal eintauchenden Hohlzylinder und einen am Hohlzylinder einstückig angeformten Radialflansch auf, der sich auf den die Stift austrittsöffnung des Axialkanals umgebenden Rand des Anschlussstücks abstützt. Durch diese geometrische Gestaltung des vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Polyurethan, hergestellten Dichtungselements lässt sich in einfacher Weise die Abstützung des Dichtungselements am Anschlussstück realisieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist jeder Kontaktstift zumindest im Bereich des Axialkanals mit einem Isolationsmantel umschlossen, der mit Axialabstand vor dem Dichtungselement endet. In dem einerseits vom Isolationsmantel und andererseits vom Dichtungselement begrenzten Kanalabschnitt des Axialkanals ist ein an der Kanalwand und an dem Abschlussstift sich anpressender Dichtungsring aus Gummi oder einem Elastomer angeordnet. Durch diesen vorzugsweise als O-Ring ausgeführten Dichtungsring lässt sich eine zusätzliche Dichtwirkung an den Kontaktstiften erreichen, so dass der feuchtigkeitsempfindliche Aktor sehr zuverlässig geschützt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Einspritzventils, teilweise aufgeschnitten,
2 eine vergrößerte Darstellung des Schnitts II-II in 1,
3 eine gleiche Darstellung wie in 2 vor Aufspritzen eines Kunststoffkörpers,
4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in 2.
Das in 1 in Seitenansicht und in 2 ausschnittweise im vergrößerten Längsschnitt dargestellte Einspritzventil für ein Fluid wird bevorzugt als Kraftstoffeinspritzventil zum Einbau in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Das Einspritzventil weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 11 auf, in dessen einem Stirnende ein Düsenkörper 12 mit einer Abspritzöffnung 13 eingesetzt ist, die von einer nach außen öffnenden Ventilnadel 14 geschlossen oder freigegeben wird. Die von einer Rückstellfeder 18 in Ventilschließstellung gehaltene Ventilnadel 14 ragt mit ihrem abspritzfernen Ende in einen im Gehäuse 11 angeordneten zylindrischen Hohlkörper 15 hinein, der im Gehäuse 11 angeordnet ist und auch die die Ventilnadel 14 konzentrisch umgebende Rückstellfeder 18 aufnimmt. Im Hohlkörper 15 sind ein Aktor 16, der im Ausführungsbeispiel ein piezoelektrischer Aktor ist, und ein hydraulischer Koppler 17 angeordnet. Der Hohlkörper 15 ist an seinem vom Düsenkörper 12 abgekehrten Stirnende mit einem Anschlussstück 19 abgeschlossen. Mittels einer zwischen Anschlussstück 19 und hydraulischem Koppler 17 sich abstützenden Druckfeder 20 werden Koppler 17 und Aktor 16 in Anlage an der Ventilnadel 14 gehalten.
Der piezoelektrische Aktor 16 ist bekannt und beispielsweise in der DE 103 19 599 A1 beschrieben. Er weist einen zwischen zwei Abdeckplatten 21, 22 mittels einer Rohrfeder 23 eingespannten Stapel 24 aus aneinanderliegenden Piezoelementen auf. Der Piezoelementstapel 24 ist über zwei hier nicht dargestellte Kontaktstifte, die durch die Abdeckplatte 22 hindurchgeführt sind, auf ein Kontaktblech 25 kontaktiert. Am Kontaktblech 25 sind zwei Anschlussstifte 26 festgelegt, so dass diese in elektrischer Verbindung mit dem Aktor 16 stehen. Die Anschlussstifte 26 sind zum Verbinden mit einem auf dem Anschlussstück 19 angeordneten Anschlussstecker 28 elektrisch isoliert durch in dem Anschlussstück 19 enthaltene Axialkanäle 27 hindurchgeführt und stehen auf der vom Aktor 16 abgekehrten Außenseite des Anschlussstücks 19 mit blanken Endabschnitten 261 vor.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Anschlussstück 19 T-förmig mit einem auf dem Stirnrand des Hohlkörpers 15 aufgesetzten und mit diesem stoffschlüssig, z. B. durch Schweißen, verbundenen Querteil 191 und einem sich an das Querteil 191 anschließenden, durchmesserkleineren Mittelteil 192 ausgebildet, wobei die Axialkanäle 27 in dem über das Mittelteil 192 radial vorstehenden Bereich des Querteils 191 verlaufen und die aus den Axialkanälen 27 austretenden, blanken Endabschnitte 261 sich über einen Abschnitt des Mittelteils 192 im Abstand von diesem erstrecken. Von diesen Endabschnitten 261 der Kontaktstifte 26 ist eine elektrische Verbindung zu Steckerstiften 29 des auf dem Mittelteil 192 angeordneten Anschlusssteckers 28 hergestellt. Zur elektrisch isolierten Durchführung der Anschlussstifte 26 durch das Querteil 191 des Anschlussstücks 19 sind die Anschlussstifte 26 zumindest im Bereich der Axialkanäle 27 von einem Isolationsmantel 30 umschlossen, der z. B. auf die Anschlussstifte 26 aufgespritzt ist. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Isolationsmantel 30 bis hin zum Kontaktblech 25 geführt. Zur Abdichtung des feuchtigkeitsempfindlichen Aktors 26 ist auf das Anschlussstück 19 ein die Anschlussstifte 26 und die Steckerstifte 29 einbettender Kunststoffkörper 31 aufgespritzt, an dem zugleich das Gehäuse des Anschlusssteckers 28 einstückig angeformt ist. Dabei ist das Anschlussstück 19 so mit dem Kunststoffkörper 31 umspritzt, dass der Kunststoffkörper 31 die aneinanderstoßenden Abschnitte von Querteil 191 und Mittelteil 192 einstückig überzieht und einen Endabschnitt des Mittelteils 192 freilässt.
In 3 ist das beschriebene Einspritzventil vor Umspritzen des Anschlussstücks 19 mit dem Kunststoffkörper 31 dargestellt, wobei in dieser Darstellung die Isolationsmäntel 30 der Anschlussstifte 26 bis zu den Stiftaustrittsöffnungen der Axialkanäle 27 auf der vom Hohlkörper 15 abgekehrten Außenseite des Querteils 191 reichen und evtl. noch wenig über die Stiftaustrittsöffnungen vorstehen. In diesem Fall wirkt beim finalen Umspritzen des Anschlussstücks 191 der Spritzdruck auf die von dem Außendurchmesser des Isolationsmantels 30 begrenzte Wirkfläche der Anschlussstifte 26. Die dadurch entstehenden, an den isolierten Anschlussstiften 26 angreifenden Axialkräfte vermögen die isolierten Anschlussstifte 26 aus den Axialkanälen 27 auszuschieben, was zu fehlerhaften und unbrauchbaren Einspritzventilen führt.
Um ein Auspressen der Anschlussstifte 26 beim finalen Kunststoffumspritzen des Anschlussstücks 19 zuverlässig zu verhindern, ist bei entsprechender Verkürzung des Isolationsmantels 30 der Anschlussstifte 26 in jeden Axialkanal 27 ein den blanken Anschlussstift 26 umschließendes Dichtungselement 32 eingesetzt, das sich auf der vom Hohlkörper 15 abgekehrten Stiftaustrittsöffnung des Axialkanals 27 am Anschlussstück 26 axial abstützt. Wie aus dem in 4 teilweise dargestellten, vergrößerten Ausschnitt IV aus 2 hervorgeht, weist das aus Kunststoff, z. B. Polyurethan, hergestellte Dichtungselement 32 einen in den Axialkanal 27 eintauchenden und an die Kanalwand und an den Anschlussstift 26 sich anlegenden Hohlzylinder 321 und einen an den Hohlzylinder 321 einstückig angeformten Radialflansch 322 auf, der sich auf den die Stiftaustrittsöffnung des Axialkanals 27 umgebenden Rand des Anschlussstücks 19 auflegt. Durch diese in die Axialkanäle 27 eingesetzten Dichtungselemente 32 ist die Wirkfläche der Anschlussstifte 26 auf die Stirnfläche des blanken Endabschnitts 261 der An schlussstifte 26 reduziert, so dass der Spritzdruck beim Umspritzen des Anschlussstücks 19 eine deutlich verringerte Axialkraft F an den Anschlussstiften 26 erzeugt. Wie in 3 und 4 angedeutet ist, ist durch dieses Dichtungselement 32 die Wirkfläche an den Anschlussstiften 26, auf die der Spritzdruck wirkt, von A1 (3) auf A2 (4) verringert und damit die Axialkraft F deutlich reduziert, wie dies durch Verkürzung der die Axialkraft F symbolisierenden Pfeile in 3 und 4 augenfällig gemacht ist.
Die benötigte Haltekraft der Anschlussstifte 26 mit Anschlussstück 19 beim Umspritzen des Anschlussstücks 19 kann noch durch eine in 4 strichliniert angedeutete zusätzliche Abwinkelung des Endabschnitts 261 der Anschlussstifte 26 nach der Montage des Dichtungselements 32 auf ein Minimum reduziert werden.
Wie aus 4 ersichtlich, ist der das Dichtungselement 32, genauer gesagt den Hohlzylinder 321 des Dichtungselements 32, aufnehmende Endabschnitt eines jeden Axialkanals 27 im Durchmesser reduziert. Dies ist vorteilhaft für eine ausreichende Abdichtung des Axialkanals 27 bei der Finalumspritzung.
Da der piezoelektrische Aktor 16 sehr feuchtigkeitsempfindlich ist, ist es zur Erzielung einer zuverlässigen Dichtheit vorteilhaft, hinter dem den Hohlzylinder 321 des Dichtungselements 32 aufnehmenden Endabschnitt eines jeden Axialkanals 27 noch einen Dichtungsring 33 aus Gummi oder einem Elastomer anzuordnen. Vorzugsweise wird hierfür ein sog. O-Ring verwendet, der sich gut an Kanalwand und Anschlussstift 26 anpresst. Hierzu müssen die auf die Anschlussstifte 26 aufgespritzten Isolationsmäntel 30 Weiter verkürzt ausgeführt werden, damit sie im Axialabstand vor dem Dichtungselement 32 enden und zwischen dem Isolationsmantelende und dem Dichtungselement 32 der Dichtungsring 33 eingesetzt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10355645 A1 [0002]
- DE 10319599 A1 [0003, 0014]

Claims

Einspritzventil für ein Fluid, insbesondere für Kraftstoff, mit einem Hohlkörper (15), der an einem Stirnende mit einem Anschlussstück (19) verschlossen ist, mit einem im Hohlkörper (15) aufgenommenen Aktor (16) und mit mit dem Aktor (16) in elektrisch leitender Verbindung stehenden Anschlussstiften (26), die zum Verbinden mit einem auf dem Anschlussstück (19) angeordneten Anschlussstecker (28) durch im Anschlussstück (19) vorgehaltene Axialkanäle (27) elektrisch isoliert hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Axialkanal (27) ein den Anschlussstift (26) umschließendes Dichtungselement (32) eingesetzt, vorzugsweise eingepresst ist, das sich auf der vom Hohlkörper (15) abgekehrten Stiftaustrittsöffnung des Axialkanals (27) am Anschlussstück (19) axial abstützt, und dass das Anschlussstück (19) zumindest teilweise mit einem die elektrische Anschlussstifte (26) einbettenden Kunststoffkörper (31) umspritzt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (32) einen in den Axialkanal (27) eintauchenden Hohlzylinder (321) und einen am Hohlzylinder (321) einstückig angeformten Radialflansch (322) aufweist, der auf dem die Stiftaustrittsöffnung des Axialkanals (27) umgebenden Rand des Anschlussstücks (19) aufliegt.
Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (32) aus Kunststoff ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktstift (26) zumindest im Bereich des Axialkanals (27) mit einem Isolationsmantel (30) umschlossen, vorzugsweise umspritzt, ist und dass der Isolationsmantel (30) mit Axialabstand vor dem Dichtungselement (32) endet.
Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einerseits vom Isolationsmantel (30) und andererseits vom Dichtungselement (32) begrenzten Kanalabschnitt eines jeden Axialkanals (27) ein an Kanalwand und Anschlussstift (26) sich anpressender Dichtungsring (33) aus Gummi oder einem Elastomer, vorzugsweise ein O-Ring, angeordnet ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der das Dichtungselement (32) aufnehmende Endabschnitt der Axialkanale (27) im Durchmesser reduziert ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Axialkanälen (27) austretenden Endabschnitte der Anschlussstifte (26) gegenüber den in den Axialkanälen (27) verlaufenden Stiftabschnitten vom Anschlussstück (19) weg abgewinkelt sind.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück (19) T-förmig mit einem auf dem Stirnrand des Hohlkörpers (15) aufgesetzten Querteil (191) und einem sich an das Querteil (191) anschließenden Mittelteil (192) mit gegenüber dem Querteil (192) reduziertem Durchmesser ausgebildet ist, dass die Axialkanäle (27) in dem über das Mittelteil (192) mit gegenüber dem Querteil (192) überstehenden Bereich des Querteils (191) verlaufen und dass der umspritzte Kunststoffkörper (31) die aneinanderliegenden Abschnitte von Querteil (191) und Mittelteil (192) einstückig überzieht.
Einspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstecker (28) auf dem Mittelteil (192) des Anschlussstücks (19) angeordnet und in den Kunststoffkörper (31) integriert ist.