-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
-
Aus der
DE 33 05 039 A1 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils bekannt, das u. a. ein Ventilgehäuse und einen als Innenpol dienenden Kern aus ferromagnetischem Material sowie einen axial bewegbaren Anker, der ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilteil betätigt, umfasst. Bei erregter Magnetspule wird der Anker gegen eine Anschlagfläche an der unteren Stirnfläche des Ventilgehäuses gezogen. Die Anschlagfläche wird einerseits durch eine Innenbohrung des Ventilgehäuses und andererseits durch den Rand einer Nut begrenzt, die in der Stirnfläche des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Der Umfang des Ankers überdeckt dabei teilweise die Nut.
-
Aus der
EP 0 683 861 B1 ist ebenfalls bereits ein elektromagnetisch betätigbares Ventil in der Form eines Brennstoffeinspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, das u. a. einen als Innenpol dienenden Kern aus ferromagnetischem Material, eine Magnetspule sowie einen axial bewegbaren Anker, der ein mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilschließkörper betätigt und bei erregter Magnetspule gegen eine Anschlagfläche des Kerns gezogen wird, umfasst. Wenigstens eine der beiden Stirnflächen der Bauteile Anker und Kern, die jeweils zu dem anderen gegenüberliegenden Bauteil gerichtet sind, ist in einen Anschlagabschnitt und wenigstens einen gegenüber dem Anschlagabschnitt vertieften Stufenabschnitt aufgeteilt. Der Anschlagabschnitt hat dabei eine genau definierte Breite.
-
Vorteile der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Ventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass das von metallischen Anschlagpartnern bekannte hydraulische Kleben bei einem Ventil mit Ankerfreiwegkonstruktion, bei der ein Magnetanker zwischen Anschlägen auf der Ventilnadel in begrenztem Maße beweglich ist, im Ablösevorgang des Ankers aus der Ruhestellung vermindert bzw. vermieden wird.
-
Erfindungsgemäß wird wenigstens eine der beiden Anschlag- bzw. Anlageflächen von Anker und Anschlagelement mit einer Struktur aus Vertiefungen und Erhebungen versehen. Durch Art und Form der Struktur an der Anschlagfläche kann das Verhältnis zwischen wirksamer „Klebefläche” und durch die Nuten gebildeter Dämpfungsfläche gezielt eingestellt werden. Die an der Anschlagfläche eingebrachten Vertiefungen ermöglichen die Gestaltbarkeit des Flüssigkeitszustroms während des Ablösevorgangs des Ankers vom Anschlagelement. Über die in den Vertiefungen gesammelte und zu- bzw. abströmende Flüssigkeit kann das Lösen der Anschlagflächen unterstützt werden.
-
Die Erfindung zielt insofern weniger darauf, eine Anschlagfläche zu verändern, sondern vielmehr eine Auflagefläche so zu verändern, dass eine der Ankerbewegung entgegen gerichtete Kraft reduziert wird und so das freie Loslaufen des Ankers beim Bestromen des Ventils unterstützt, wird. Es geht hier nicht um eine Änderung der Dämpfungseigenschaften, sondern um eine gezielt dem Ankerfreiweg zugeordnete Eigenschaftsverbesserung.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventils möglich.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, 2 eine vergrößerte schematisierte Draufsicht auf ein erstes Anschlagelement für den Anker und 3 eine vergrößerte schematisierte Draufsicht auf ein zweites Anschlagelement für den Anker.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Bevor anhand der 2 und 3 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Ventilen in ihren Ankeranschlagbereichen näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
-
Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine. Es soll jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Anschlagbereichs nur beispielhaft anhand eines solchen Brennstoffeinspritzventils 1 beschrieben wird, die Erfindung jedoch auch an Brennstoffeinspritzventilen anderer Bauart oder auch anderen elektromagnetisch betätigbaren Ventilen umgesetzt sein kann.
-
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
-
Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Stromaufwärts der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
-
In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet.
-
An der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33, welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 verbunden ist. Das Dämpfungselement 33 dient dem Entprellen des Ventils beim Anschlagen des Ankers 20 an dem unteren Flansch 34, der damit indirekt ein Anschlagelement bildet.
-
Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 indirekt über das Dämpfungselement 33 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.
-
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
-
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.
-
Wird auf ein Dämpfungselement 33 im Bereich des unteren Anschlags verzichtet, liegt der Anker 20 im unbestromten Zustand an der metallischen Oberfläche des unteren Flansches 34, der allgemein ein an der Ventilnadel 3 befestigtes Anschlagelement darstellt, an. Beim Bestromen muss sich der Anker 20 an dieser Anschlagfläche 40 des Anschlagelements 34 lösen, um nach oben hin den Ankerfreiweg durchlaufen zu können. Dieses Lösen wird durch hydraulisches Kleben zwischen dem Anker 20 und dem Anschlagelement 34 erschwert und verzögert, im extremsten Fall sogar verhindert. Das hydraulische Kleben ist Folge einer Einglättung der beiden Anschlagoberflächen über die Laufzeit des Ventils. Erfindungsgemäß soll das hydraulische Kleben der Anschlagpartner aneinander bei einer Ankerfreiwegkonstruktion vermindert bzw. vermieden werden.
-
Im vorliegenden Fall ist das Anschlagelement 34 als ringförmiger Flansch ausgeführt, wie es auch in den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 ersichtlich wird. Alternativ kann das an der Ventilnadel 3 angebrachte oder direkt an der Ventilnadel 3 angeformte Anschlagelement 34 auch z. B. als Anschlaghülse, Anschlagring oder Anschlagtopf ausgeführt sein.
-
2 und 3 zeigen vergrößerte schematisierte Draufsichten auf zwei Anschlagelemente 34 mit ihren Anschlagflächen 40, an denen der Anker 20 im unbestromten Zustand ruht. Die Anschlagfläche 40 des Anschlagelements 34 ist in erfindungsgemäßer Weise strukturiert, um das hydraulische Kleben aufgrund von Einglättung zu verhindern. Mittels geringfügigen Vertiefungen kann die Anschlagfläche 40 derart strukturiert werden, dass Nuten entstehen, die über die gesamte Laufzeit des Ventils erhalten bleiben. Durch Art und Form der Struktur an der Anschlagfläche 40 kann das Verhältnis zwischen wirksamer „Klebefläche” und durch die Nuten gebildeter Dämpfungsfläche gezielt eingestellt werden. Die an der Anschlagfläche 40 eingebrachten Vertiefungen ermöglichen die Gestaltbarkeit des Flüssigkeitszustroms während des Ablösevorgangs des Ankers 20 vom Anschlagelement 34. Über die in den Vertiefungen gesammelte und zu- bzw. abströmende Flüssigkeit kann das Lösen der Anschlagflächen unterstützt werden.
-
In der 2 ist eine Anschlagfläche 40 dargestellt, in der eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Rillen 42 eingebracht ist. Die Rillen 42 sind dabei z. B. bis zu 15 μm tief. In der 3 ist dagegen eine Anschlagfläche 40 dargestellt, in der sich eine Vielzahl von jeweils parallel zueinander verlaufenden Rillen im rechten Winkel kreuzen. Dieses Kreuzmuster könnte auch als waffelförmige Kontur beschrieben werden. Es ist denkbar, dass die kreuzweise verlaufenden Rillen die Vertiefungen bilden und insofern quadratische oder rechteckförmige Erhebungen 43 als Anschlagfläche 40 vorliegen. Allerdings ist es auch möglich, die waffelförmige Kontur in der Weise zu erzeugen, dass quadratische oder rechteckförmige Vertiefungen eingebracht sind, durch die sich eine erhabene kreuzförmige Anschlagstruktur ergibt. Ein schräges, sich nicht im Winkel von 90° kreuzendes Strukturmuster kann ebenso anstelle der in 3 gezeigten Ausführung eingeformt werden.
-
Die erfindungsgemäße Struktur in der Anschlagfläche 40 wird beispielsweise mittels Laser oder durch Prägen, Drehen, Fräsen, Schleifen eingebracht. In idealer Weise sollte die Struktur im härteren der beiden Anschlagpartner ausgeformt werden. Es ist jedoch auch denkbar, die sich gegenüberliegenden Anschlagflächen beider Anschlagpartner 20, 34 zu strukturieren. Alternativ zu den zuvor genannten Bearbeitungsverfahren kann auch eine geeignete Beschichtung vorgenommen werden, wie z. B. die mittels Strukturchrom.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3305039 A1 [0002]
- EP 0683861 B1 [0003]
