DE102009003213A1

DE102009003213A1 - Restluftspaltscheibe

Info

Publication number: DE102009003213A1
Application number: DE200910003213
Authority: DE
Inventors: Jens Leister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-11-25
Also published as: CN101894655A; EP2254130B1; CN101894655B; EP2254130A2; EP2254130A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetbaugruppe (10) zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors. Die Magnetbaugruppe (10) umfasst einen Magnetkern (22), in welchem eine Magnetspule (24) angeordnet ist, die auf einen Magnetanker (14, 16) wirkt. Der Magnetkern (22) umfasst ferner eine dem Magnetanker (14, 16) zuweisende Stirnseite (26), an der eine Restluftspaltscheibe (44) angeordnet ist. Die Restluftspaltscheibe (44) ist an Einklemmstellen (42) durch Kraftschluss fixiert.

Description

Stand der Technik
DE 196 50 865 A1 beschreibt ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum eines Einspritzventils, so z. B. eines Common-Rail-Hochdruckspeichereinspritzsystems. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet oder geschlossen werden kann. Das Magnetventil. umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, welches mit dem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.
Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Magnetventil wird zur Realisierung extrem kurzer Schaltzeiten der Restluftspalt des Magnetkreises sehr klein ausgelegt. Der Restluftspalt, der den Abstand zwischen dem Magnetkern und dem Anker bezeichnet, wird bei Magnetventilen zur Betätigung von Kraftstoffinjektoren in Kraftstoffeinspritzsystemen mittels einer Restluftspaltscheibe aus einer nicht-magnetischen Metallfolie eingestellt. Bei der Gestaltung der Restluftspaltscheibe ist stets ein Kompromiss zwischen der Festigkeit bzw. Stabilität, den hydraulischen Anforderungen und den Einbaubegebenheiten zu berücksichtigen. Bisher wird die Restluftspaltscheibe auf den Anker gelegt und über einen Federteller der Magnetventilfeder fixiert, wodurch sich die Abströmung der Steuer- bzw. Leckagemenge über den Magnetventilfederraum einschränkt.
Ferner ist bekannt, eine geometrisch einfach gestaltete Restluftspaltscheibe zwischen dem Magnetkern und einem ringförmig verlaufenden Übergriff der Magnethülse anzuordnen und zu fixieren. Die Restluftspaltscheibe wird während der Montage der Mag netbaugruppe fixiert, wobei ein nachträglicher Einbau oder Austausch der Restluftspaltscheibe ohne eine Demontage der Magnetbaugruppe nicht möglich ist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird eine Restluftspaltscheibe durch Kraftschluss an Einklemmstellen an der dem Magnetanker zuweisenden Stirnseite des Magnetkerns anliegend an der Magnethülse fixiert. Die Restluftspaltscheibe ist aus einem ferromagnetischen oder nicht-magnetischen Material, beispielsweise einer metallischen Folie, mit einer einfachen Geometrie hergestellt. Durch die Fixierung der Restluftspaltscheibe an Einklemmstellen durch Kraftschluss wird die Restluftspaltscheibe nach Montage der Magnetbaugruppe und vor der Injektormontage eingebaut, wobei der gesamte Montageablauf nicht gestört wird und demnach vereinfacht ist.
Die Restluftspaltscheibe gemäß der Erfindung ist austauschbar, ohne dass hierfür die Magnetbaugruppe zerlegt werden muss. So wird die Restluftspaltscheibe im Falle einer Fehlfunktion aus der Magnetbaugruppe entfernt und entweder gereinigt oder ersetzt unter Erhaltung der soweit montierten Magnetbaugruppe. Partikel, die sich bei der Montage der Magnetbaugruppe bilden und ablagern, müssen nicht notwendigerweise nachträglich zwischen Restluftspaltscheibe und Magnetkern aufwendig entfernt werden.
Die Restluftspaltscheibe ist eine einfache kreisringförmig ausgebildete Scheibe, mit mindestens drei an dem Außenumfang angeordneten Zungen, deren äußere Enden einen Teilkreisdurchmesser aufweisen, der größer ist als der Durchmesser der Magnethülse an den Einklemmstellen, so dass ein Übermaß entsteht. Die Anzahl der Zungen wird so gewählt, dass eine Zentrierung möglich ist. Durch die Ausgestaltung der Restluftspaltscheibe ist diese einfach und kostengünstig herzustellen. Diese Zungen der Restluftspaltscheibe stellen im eingebauten Zustand durch elastische oder plastische Verformung den Kraftschluss mit der Magnethülse her. Weist die Magnethülse in dem Bereich der Einklemmstellen Segmente auf, so richtet sich die Anzahl der Zungen nach der Anzahl der Segmente, wobei zumindest gegenüberliegende Segmente der Magnethülse mit Zungen einen Kraftschluss bilden. Dadurch wird die Restluftspaltscheibe in einer Position, anliegend an die Stirnseite des Magnetkerns, fixiert. Des Weiteren ist die Restluftspaltscheibe nun auch verdrehsicher um eine senkrechte Achse festgelegt, wodurch Öffnungen zu in der Magnetbaugruppe vorgesehenen zusätzli chen Rücklaufkanälen ausgespart und zugänglich gehalten werden können. Zusätzliche Rücklaufkanäle sind zwischen Magnetkern und Magnethülse bereitgestellt, wobei der Magnetkern an seiner Außenseite sich in Axialrichtung verlaufende Aunsnehmungen aufweist. Diese zusätzlichen Rücklaufkanäle verbessern das Abströmverhalten der Steuer- und Leckagemenge in den niederdruckseitigen Rücklauf.
Das Verfahren zur Montage der Restluftspaltscheibe gemäß der Erfindung erfolgt beispielsweise derart, dass ein Montagewerkzeug die Restluftspaltscheibe vollflächig aufnimmt und nur die am Außenumfang angeordneten mindestens drei Zungen ausspart. Unter Aufwendung eines leichten Drucks kann die Restluftspaltscheibe eingeschoben und anliegend an den Magnetkern positioniert werden, wobei sich die Zungen verformen und so an den Einklemmstellen eingespannt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 die Restluftspaltscheibe, anliegend an den Magnetkern angeordnet und fixiert an einer Einklemmstelle der Magnethülse;
2 eine Draufsicht auf den Magnetkern;
3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Restluftspaltscheibe und
4 eine Detailansicht der Einklemmstelle mit angeordneter erfindungsgemäß vorgeschlagener Restluftspaltscheibe.
Ausführungsformen
Der Darstellung gemäß 1 ist in schematischer Wiedergabe eine Magnetbaugruppe eines Kraftstoffinjektors zu entnehmen.
Eine Magnetbaugruppe 10, die der Betätigung eines Kraftstoffinjektors, z. B. eines Kraftstoffinjektors für ein Hochdruckspeichereinspritzsystem (Common-Rail) dient, ist in einen Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors eingelassen. Der Magnetbaugruppe 10 gegenüberliegend befindet sich ein Magnetanker 14, der in einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform als einteiliger Magnetanker ausgebildet ist, d. h. Ankerplatte und Ankerbolzen des Magnetankers 14 bilden ein Bauteil. Alternativ kann der Magnetanker 14 auch zweiteilig ausgebildet sein, d. h. die Ankerplatte ist an dem Ankerbolzen verschieblich ausgebildet. Der Magnetanker 14 wird an einer Planseite 16 durch eine Magnetventilfeder 18 beaufschlagt. Zur Einstellung eines Magnetventilhubs ist ein Einstellring 20 vorgesehen, der auf dem Injektorkörper 12 liegt und gleichzeitig als Auflage für eine Magnethülse 32 dient. Die Magnethülse 32 wird mit einer in 1 nicht dargestellten Spannmutter am Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors befestigt. Die Magnethülse 32 nimmt in sich einen Magnetkern 22 auf, wobei eine Innenseite 36 der Magnethülse 32 einer Außenseite 38 des Magnetkerns 22 gegenüberliegt. In den Magnetkern 22 ist seinerseits eine Magnetspule 24 eingelassen, wobei der Magnetkern 22 auf einem ringförmigen Übergriff 34 der Magnethülse 32 aufliegt, welcher auch in Segmente unterteilt sein kann. Der Magnetkern 22 ist an einer der Planseite 16 des Magnetankers 14 gegenüberliegenden Stirnseite 26 offen und durch die Lage der Magnetspule 24 in einen Innenpol 28 und einen Außenpol 30 unterteilt. Der Magnetkern 22 wird innerhalb der Magnetbaugruppe 10 beispielsweise über eine Bördelung oder eine Schweißverbindung fixiert.
Der Magnetkern 22 der Magnetbaugruppe 10 umfasst eine Durchgangsöffnung, in der die Magnetventilfeder 18 angeordnet ist und die gleichzeitig als ein Rücklauf 40 dient, über den bei Betätigung des Magnetventils aus dem Steuerraum des Kraftstoffinjektors abgesteuerte Steuer- bzw. Leckagemenge in den niederdruckseitigen Rücklauf beispielsweise eines Kraftstoffeinspritzsystems zurückströmt.
Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass an der Außenseite 38 des Magnetkerns 22 mindestens eine in Axialrichtung verlaufende Ausnehmung 39 vorgesehen ist. Die Ausnehmung 39 wird gebildet durch die Differenz eines Außendurchmessers 37 des Magnetkerns 22 und einem Innendurchmesser 41 des Magnetkerns 22 in dem Bereich der mindestens einen Ausnehmung 39. Somit wird zwischen Magnethülse 32 und Magnetkern 22 über die mindestens eine Ausnehmung 39 mindestens ein zusätzlicher Rücklaufkanal 48 bereitgestellt, wodurch die Steuer- und Leckagemenge mit geringer Strömungswiderstand abströmt, wie dies in 1 dargestellt ist.
Aus der Darstellung gemäß 1 geht ferner hervor, dass eine Restluftspaltscheibe 44 an Einklemmstellen 42, anliegend an die Stirnseite 26 des Magnetkerns 22, angeordnet ist, wobei ein Kraftschluss zwischen der Restluftspaltscheibe 44 und der Magnethülse 32 an den Einklemmstellen 42 besteht. Die Restluftspaltscheibe 44, die beispielsweise als dünne Metallfolie aus einem ferromagnetischen oder nicht-magnetischen Material gefertigt ist, ist in einer Ausführungsform als ein Kreisring 50 ausgeführt, wie dies aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht. Die als Kreisring 50 ausgebildete Restluftspaltscheibe 44 überdeckt nicht den Innenpol 28 des Magnetkerns 22 sondern nur den Außenpol 30, wobei der Federraum, in dem die Magnetventilfeder 18 aufgenommen ist, frei zugänglich ist. Somit ist die Durchgangsöffnung in den niederdruckseitigen Rücklauf 40 frei und der Abfluss der Steuer- und Leckagemenge in den niederdruckseitigen Rücklauf 40 kann ungehindert erfolgen. Die als Kreisring ausgebildete Restluftspaltscheibe 44 ist ferner so dimensioniert, dass eine Öffnung des mindestens einen zusätzlichen Rücklaufkanals 48 nicht verdeckt ist.
Der Kraftschluss der Restluftspaltscheibe 44 an den Einklemmstellen 42 erfolgt über Zungen 46, welche sich plastisch oder elastisch verformen.
Aus der Darstellung der 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Restluftspaltscheibe 44 zu entnehmen.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Restluftspaltscheibe 44 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die dargestellte Restluftspaltscheibe 44 ist als Kreisring 50 ausgebildet, mit einem Innendurchmesser 54 der Restluftspaltscheibe 44 und einem Außendurchmesser 56 der Restluftspaltscheibe 44. Der Innendurchmesser 54 der als Kreisring 50 ausgebildeten Restluftspaltscheibe 44 ist so bemessen, dass dieser einen Außendurchmesser des Innenpols 28 des Magnetkerns 22 der Magnetbaugruppe 10 übersteigt. Des Weiteren kann der Innendurchmesser 54 der Restluftspaltscheibe 44 so gewählt sein, dass auch die Magnetspule 24 im Wesentlichen nicht durch die Restluftspaltscheibe 44 überdeckt ist. Der Außendurchmesser 56 der als Kreisring 50 ausgebildeten Restluftspaltscheibe 44 ist so dimensioniert, dass dieser geringer ist als ein Durchmesser 60 (vgl. 3) der Magnethülse 32 an Einklemmstellen 42. Der Außendurchmesser 56 der als Kreisring 50 ausgebildeten Restluftspaltscheibe 44 ist optional gleich oder geringer als der Innendurchmesser 41 des Magnetkerns 22 in dem Bereich der Ausnehmung 39, wodurch der mindestens eine zusätzliche Rücklaufkanal 48 frei zugänglich ist.
Der Darstellung gemäß 3 ist ferner zu entnehmen, dass an der als Kreisring 50 ausgebildeten Restluftspaltscheibe 44 gleichmäßig über einen Außenumfang 52 verteilt Zungen 46 vorgesehen sind, deren äußere Enden auf einem Teilkreisdurchmesser 58 liegen. Der Teilkreisdurchmesser 58 der Zungen 46 übersteigt den Durchmesser 60 der Magnethülse 32 an der Einklemmstelle 42. Gemäß der Erfindung sind mindestens drei Zungen 46 vorgesehen, welche in einer Teilung 59 von 120° zueinander angeordnet sind. Bevorzugt sind vier Zungen 46, die in einer Teilung 59 von 90° zueinander gleichmäßig über den Außenumfang 52 der Restluftspaltscheibe 44 verteilt angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform können sechs Zungen 46 in einer Teilung 59 von 60° vorgesehen sein. Die Anzahl der Zungen 46 an dem Außenumfang 52 der Restluftspaltscheibe 44 kann ebenfalls auch mehr betragen. Eine höhere Anzahl der Zungen 46 an dem Außenumfang 52 der Restluftspaltscheibe 44 und damit einhergehend eine höhere Anzahl von Einklemmstellen 42 zentriert und steigert die Haltesicherheit und die Verdrehsicherheit der Restluftspaltscheibe 44. Die Anzahl der Zungen 46 orientiert sich an der Gestaltung der Magnethülse 32 an den Einklemmstellen 42. Ist die Magnethülse 32 an den Einklemmstellen 42 in Segmente unterteilt, richtet sich die Anzahl der Zungen 46 nach der Anzahl der Segmente der Magnethülse 32, wobei zumindest gegenüberliegende Segmente der Magnethülse 32 mit Zungen 46 einen Kraftschluss bilden und die Restluftspaltscheibe 44 zentriert ist. Die Zungen 46 sind derart ausgebildet, dass an den Einklemmstellen 42 ein möglicht geringer radialer Kraftanteil vorliegt.
Das Übermaß, d. h. die Differenz des Teilkreisdurchmessers 58 der äußeren Enden der Zungen 46 und des Durchmessers 60 der Magnethülse 32 an den Einklemmstellen 42, bewirkt eine Verformung der Zungen 46, d. h. die Zungen 46 stoßen mit ihren äußeren Enden an die Magnethülse 32 und werden bei einer mit Andruck erfolgenden Montage der Restluftspaltscheibe 44 entgegen der Vorschubrichtung gebogen.
Die Verformung der Zungen 46, welche sowohl elastisch als auch plastisch sein kann, bewirkt einen Kraftschluß der Restluftspaltscheibe 44 an den Einklemmstellen 42, wie dies der Darstellung der 4 im Detail zu entnehmen ist. Der Außendurchmesser 56 der Restluftspaltscheibe 44 wird so gewählt, dass er kleiner ist als der Durchmesser 60 der Magnethülse 32 an den Einklemmstellen 42, 50 dass die elastische bzw. plastische Verformung nur an den Zungen 46 erfolgt und nicht entlang des Außenumfangs 52 der Restluftspaltscheibe 44.
Durch die elastische oder plastische Verformung der Zungen 46 an den entsprechenden Einklemmstellen 42 wird darüber hinaus eine verdrehsichere Positionierung der Restluftspaltscheibe 44 in der Magnetbaugruppe 10 erreicht. Die verdrehsichere Fixierung senkrecht bezüglich einer Achse 62 ermöglicht eine radiale Positionierung der Restluftspaltscheibe 44, so dass eine Öffnung von mindestens einem zusätzlichen Rücklaufkanal 48 ausgespart wird und somit frei zugänglich ist. Bei Annäherung des Magnetankers 14 an den Magnetkern 22 strömt die Steuer- und Leckagemenge sowohl über den Rücklauf 40 als auch über den mindestens einen zusätzlichen Rücklaufkanal 48 ab.
Da die Restluftspaltscheibe 44 nach der Montage der Magnetbaugruppe 10 in ihrer Position fixiert wird, kann sie sowohl nachträglich in eine bestehende Magnetbaugruppe 10 integriert werden, als auch einfach wieder aus einer Magnetbaugruppe 10 entfernt werden. Die Montage der Restluftspaltscheibe 44 erfolgt beispielsweise mit einem Werkzeug, welches die Restluftspaltscheibe 44 flächig aufnimmt, aber die am Außenumfang 52 angeordneten Zungen 46 ausspart. Die Restluftspaltscheibe 44 kann in dieser Ausführung von unten, d. h. von der Seite der Magnetankers 14 her, mit Andruck eingeführt werden bis sie an der Stirnseite 26 des Magnetkerns 22 anliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19650865 A1 [0001]

Claims

Magnetbaugruppe (10) mit einem in einer Magnethülse (32) aufgenommenen Magnetkern (22), in welchem eine Magnetspule (24) angeordnet ist, die auf einen Magnetanker (14, 16) wirkt, wobei der Magnetkern (22) eine dem Magnetanker (14, 16) zuweisende Stirnseite (26) aufweist und mit einer Restluftspaltscheibe (44), dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) an Einklemmstellen (42) durch Kraftschluss fixiert ist.
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) verdrehsicher an den Einklemmstellen (42) fixiert ist, wobei eine Öffnungen mindestens eines zusätzlichen Rücklaufkanals (48) der Magnetbaugruppe (10), bereitgestellt zwischen Magnetkern (22) und Magnethülse (32), ausgespart ist.
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) als metallische Folie aus ferromagnetischem oder nicht-magnetischem Material gefertigt ist.
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) als Kreisring (50) mit mindestens drei Zungen (46) ausgebildet ist, angeordnet in einer Teilung (59) von 120° zueinander an einem Außenumfang (52) der Restluftspaltscheibe (44).
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) insbesondere vier Zungen (46), angeordnet in einer Teilung (59) von 90° zueinander und bevorzugt sechs Zungen (46), angeordnet in einer Teilung (59) von 60° zueinander, am Außenumfang (52) aufweist.
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Zungen (46) einen Teilkreisdurchmesser (58) aufweisen, der größer ist als ein Durchmesser (60) der Magnethülse (22) an den Einklemmstellen (42).
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (54) der Restluftspaltscheibe (44) größer ist als ein Außendurchmesser eines Innenpols (28) des Magnetkerns (22).
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Zungen (46) durch elastische und/oder plastische Verformung an den Einklemmstellen (42) fixiert sind.
Magnetbaugruppe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) in die fertig montierte Magnetbaugruppe (10) an den Einklemmstellen (42) fixiert ist.
Verfahren zur Montage einer Magnetbaugruppe (10) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (44) nach der Montage der Magnetbaugruppe (10) und vor einer Injektormontage an den Einklemmstellen (42) fixiert wird.