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Die Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Anker mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung kann insbesondere der Ausbildung eines Magnetventils dienen, welches wiederum zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors einsetzbar ist.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2008 042 593 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem elektromagnetischen Aktuator zum Verstellen eines Ankers bekannt. Der elektromagnetische Aktuator und der Anker sind Bestandteile eines Steuerventils zum Schalten des eigentlichen Einspritzventilelementes, das zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss durch eine Düsenlochanordnung in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbar ist. Die Ankerplatte des Ankers besitzt eine dem elektromagnetischen Aktuator zugewandte, sich in Umfangsrichtung erstreckende und mit in radialer Richtung angeordneten Drehrillen versehene Ankerfläche, wobei die Drehrillen fertigungsbedingt sind. Denn die Ankerfläche wird üblicherweise rotationssymmetrisch geschliffen, wobei es zur Ausbildung von in radialer Richtung nebeneinander angeordneten Drehrillen kommt. Da im Betrieb des Kraftstoffinjektors derartige Drehrillen zu einem hydraulischen Verkleben des Ankers führen, wird in der
DE 10 2008 042 593 A1 vorgeschlagen, in die Drehrillen aufweisende Ankerfläche der Ankerplatte mindestens eine Verbindungsrille einzuformen, welche zumindest einige der Drehrillen miteinander verbindet. Die Verbindungsrille ist dabei bevorzugt als Radialrille ausgebildet.
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Die Folge des hydraulischen Klebens des Ankers ist eine undefinierte Ankerbewegung. Diese wirkt sich wiederum auf das Schließverhalten des Kraftstoffinjektors aus, insbesondere kann dadurch die Einspritzdauer bzw. die Einspritzmenge variieren. Letzteres wirkt sich besonders kritisch bei kleinen Einspritzmengen für die Voreinspritzung aus. Daher gilt es die Gefahr eines hydraulischen Klebens weiter zu reduzieren.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2010 030 600 A1 ein Magnetventil für Kraftstoffinjektoren bekannt, dessen Magnetbaugruppe eine in einem Magnetkern aufgenommene Magnetspule und einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden Anker sowie eine zwischen dem Anker und dem Magnetkern angeordnete Restluftspaltscheibe als Verzögerungsglied umfassen. Die Restluftspaltscheibe soll zur Minimierung des Ankerschließprellens beitragen.
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Die Anordnung einer solchen Restluftspaltscheibe zwischen Magnetkern und Anker vermag ferner ein hydraulisches Kleben des Ankers am Magnetkern zu verhindern. Allerdings besteht nunmehr die Gefahr, dass die Restluftspaltscheibe am Anker haften bleibt. Demzufolge sind Maßnahmen zu ergreifen, die ein Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker sicherstellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Anker insbesondere für ein Magnetventil zur Betätigung von Kraftstoffinjektoren anzugeben, welche definierte Schließzustände und damit definierte Einspritzmengen ermöglicht. Demzufolge soll eine Anordnung mit einer Magnetbaugruppe, einem Anker und einer Restluftspaltscheibe angegeben werden, welche weniger zu einem hydraulischen Kleben/Anhaften der Restluftspaltscheibe am Anker neigt.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Anker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Anordnung umfassend eine Magnetbaugruppe und einen hubbeweglichen Anker, wobei die Magnetbaugruppe einen Magnetkern und eine Magnetspule umfasst, weist ferner eine zwischen dem Magnetkern und dem hubbeweglichen Anker angeordnete Restluftspaltscheibe zur Ausbildung einer Ankeranschlagfläche auf. Erfindungsgemäß weist die der Ankeranschlagfläche zugewandte Oberfläche des Ankers im Überdeckungsbereich mit der Ankeranschlagfläche wenigstens eine Nut mit einer definierten Nutbreite x und einer definierten Nuttiefe y auf. Durch die Einbringung einer solchen Nut in die der Ankeranschlagfläche zugewandte Oberfläche des Ankers ist ein Ablösen der Restluftspaltscheibe beim Schließen bzw. bei einer Schließbewegung des Ankers sichergestellt. Denn die Nut fördert die Ausbildung eines Fluid- Polsters zwischen der Restluftspaltscheibe und dem Anker, so dass etwaige entstehende Unterdruckgebiete bei der Schließbewegung des Ankers zwischen Anker und Restluftspaltscheibe durch dieses Fluid-Polster unterbrochen werden. Auf diese Weise wird einem hydraulischen Kleben/Anhaften der Restluftspaltscheibe am Anker entgegen gewirkt bzw. verhindert.
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In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung und/oder Anordnung der wenigstens einen Nut kann diese ferner zu einer gezielten Unterströmung der Restluftspaltscheibe führen, wodurch ein Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker beim Schließen des Magnetventils gefördert wird.
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Um ein Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker sicherzustellen, besitzt die wenigstens eine Nut eine definierte Nutbreite x und eine definierte Nuttiefe y. Die konkrete Nutbreite bzw. Nuttiefe hängt unter anderem von der Anzahl und/oder der Anordnung der Nut bzw. Nuten ab.
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Bevorzugt ist wenigstens eine Nut ringförmig und/oder konzentrisch zu einer Längsachse A des Ankers angeordnet. Vorzugsweise ist die ringförmige Nut durchgehend ausgebildet, das heißt, dass die ringförmige Nut keine Unterbrechungen aufweist. Auf diese Weise wird die Ausbildung eines durchgehenden, ringförmigen Fluid-Polsters zwischen Restluftspaltscheibe und Anker gefördert. Darüber hinaus kann wenigstens eine ringförmige Nut auch Unterbrechungen aufweisen.
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Die alternativ oder ergänzend vorgeschlagene Anordnung wenigstens einer Nut konzentrisch zu einer Längsachse A des Ankers stellt sicher, dass die Nut und damit das sich im Bereich der Nut ausbildende Fluid-Polster einen gleichbleibenden Abstand zum Ankeraußendurchmesser aufweisen. Sofern die Restluftspaltscheibe ebenfalls konzentrisch zur Längsachse A des Ankers angeordnet ist, ergibt sich ferner ein gleichbleibender Abstand der Nut bzw. des Fluid-Polsters zum Innendurchmesser der Restluftspaltscheibe. Dadurch ist ein gleichmäßiges Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker gewährleistet. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Nut mittig zwischen dem Außendurchmesser des Ankers und dem Innendurchmesser der Restluftspaltscheibe angeordnet, d.h. mittig in Bezug auf den Überdeckungsbereich von Anker und Restluftspaltscheibe. Sofern mehr als eine Nut vorgesehen ist, sind die Abstände zwischen den Nuten bevorzugt derart gewählt, dass der Abstand der Nuten zum Außendurchmesser des Ankers und der Abstand der Nuten zum Innendurchmesser der Restluftspaltscheibe annähernd gleich sind. Dadurch wird ebenfalls ein gleichmäßiges Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker gefördert. Als besonders vorteilhaft wird die Ausbildung zweier konzentrisch zur Längsachse A des Ankers verlaufender Ringnuten angesehen, welche jeweils im gleichen Abstand zum Außendurchmesser des Ankers sowie zum Innendurchmesser der Restluftspaltscheibe angeordnet sind.
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Alternativ oder ergänzend kann wenigstens eine Nut radial verlaufend im Bezug auf die Längsachse A des Ankers ausgebildet sein. Eine radial verlaufende Nut fördert ein Unterströmen der Restluftspaltscheibe. Dies gilt insbesondere, wenn die radial verlaufende Nut bis an den Außendurchmesser des Ankers heran geführt ist. Denn dann ist über die Nut eine Verbindung des Raums zwischen der Restluftspaltscheibe und dem Anker mit dem Ankerraum gegeben. Vorzugsweise sind mehrere radial verlaufende Nuten vorgesehen, welche weiterhin vorzugsweise in einem äquidistanten Winkelabstand α zueinander angeordnet sind. Dadurch ist ein gleichmäßiges Unterströmen der Restluftspaltscheibe gewährleistet.
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Des Weiteren alternativ oder ergänzend kann wenigstens eine Nut einen mäanderoder wellenförmigen Verlauf aufweisen. Eine Mäander- oder Wellenform der Nut weist den Vorteil auf, dass die Ausbildung eines großflächigen Fluid-Polsters gefördert wird. Dies gilt insbesondere, wenn die Abstände der einzelnen Mäander bzw. Wellen klein gewählt sind, d.h. die Mäander bzw. Wellen eng beieinander liegen.
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Weiterhin bevorzugt weist wenigstens eine Nut einen eckigen, vorzugsweise keilförmigen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt auf. Alternativ kann wenigstens eine Nut auch einen zumindest teilweise gerundeten Querschnitt aufweisen. Indem eine definierte Geometrie für den Nutquerschnitt vorgegeben wird, kann auf das Ablöseverhalten der Restluftspaltscheibe gezielt Einfluss genommen werden. Zudem ist eine Nut mit vorgegebener Querschnittsgeometrie reproduzierbar und unterscheidet sich somit von einer beispielsweise mittels Schleifen eingebrachten Oberflächenstruktur. Hierin ist auch ein wesentlicher Unterschied zwischen den aus dem Stand der Technik bekannten Drehrillen und der erfindungsgemäßen Nut bzw. Nuten zu sehen. Zur Ausbildung eines gleichmäßigen Fluid-Polsters zwischen der Restluftspaltscheibe und dem Anker bedarf es ferner eine Nut mit einer definierten Nutbreite x und einer definierten Nuttiefe y. Durch Vorgabe einer definierten Querschnittsgeometrie ist die Ausbildung einer Nut mit einer definierten Nutbreite x und einer definierten Nuttiefe y gewährleistet.
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Um eine exakte Nutausbildung zu gewährleisten, wird ferner vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Nut mittels Laserbearbeitung in die Oberfläche des Ankers eingebracht worden ist. Alternativ oder ergänzend können auch andere materialabtragende Verfahren zum Einbringen der Nut in die Oberfläche des Ankers Einsatz finden.
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Da die vorstehend beschriebene Wirkung des Fluid-Polsters lediglich im Überdeckungsbereich des Ankers mit der Restluftspaltscheibe gegeben ist, wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die der Ankeranschlagsfläche zugewandte Oberfläche des Ankers außerhalb des Überdeckungsbereiches mit der Ankeranschlagfläche im Wesentlichen frei von einer Nut ist. Das heißt, dass sich eine radial verlaufende Nut sich lediglich über einen Teilabschnitt des Radius erstreckt. Eine mäander- oder wellenförmig verlaufende Nut wird vorzugsweise derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen innerhalb des Überdeckungsbereiches zu liegen kommen. Die Beschränkung der Anordnung einer Nut auf den Überdeckungsbereich verringert den Bearbeitungsaufwand. Dadurch werden die Fertigungskosten gesenkt.
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Neben der wenigstens einen Nut kann die der Ankeranschlagfläche zugewandte Oberfläche des Ankers ferner eine Oberflächenstruktur, insbesondere in Form von Drehrillen oder eines Kreuzschliffs, aufweisen, wobei die Oberflächenstruktur vorzugsweise durch rotationssymmetrisches Schleifen oder durch Honen hergestellt worden ist. Eine solche Oberflächenstruktur muss zudem nicht auf den Überdeckungsbereich der Ankeroberfläche mit der Restluftspaltscheibe beschränkt sein, sondern kann sich über die gesamte Ankeroberfläche erstrecken. Ferner ist die Ausbildung einer solchen Oberflächenstruktur lediglich außerhalb des Überdeckungsbereiches möglich. Im Bereich außerhalb des Überdeckungsbereiches erweisen sich Drehrillen als weniger nachteilig, da es hier nicht zu einem hydraulischen Kleben kommen kann. Gleiches gilt im Grunde ferner für eine Ankeroberfläche mit Kreuzschliffstruktur. Beide Oberflächenstrukturen weisen die Gemeinsamkeit auf, dass sie keine Nuten mit einer konkreten Nutgeometrie bzw. mit einer definierten Nutbreite x und einer definierten Nuttiefe y ausbilden, sondern im Wesentlichen lediglich eine Aufrauhung der Oberfläche bewirken. Derartige Strukturen sind daher nicht geeignet, die Ausbildung eines Fluidpolsters zwischen der Restluftspaltscheibe und dem Anker zu fördern, so dass ein Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker gewährleistet ist. Demnach kann der Einsatz eines Ankers mit einer lediglich Drehrillen oder einen Kreuzschliff aufweisenden Ankeroberfläche auch nicht zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Anordnung führen.
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Indem bei einer erfindungsgemäßen Anordnung das Ablösen der Restluftspaltscheibe vom Anker aufgrund des Fluid-Polsters zwischen der Restluftspaltscheibe und dem Anker sichergestellt ist, sind die Vorteile einer erfindungsgemäßen Anordnung insbesondere darin zu sehen, dass bei Einsatz der Anordnung in einem Magnetventil zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors ein konstantes Schließverhalten erzielbar ist. Soweit ein gewisser Verschließ und/oder Ablagerungen über die Lebensdauer des Magnetventils bei der Auslegung der wenigstens einen Nut berücksichtigt werden, kann zudem ein konstantes Schließverhalten über die Lebendauer hinweg erreicht werden. Sollten sich dennoch Abweichungen ergeben, die ggf. einer Korrektur bedürfen, sind diese im Wesentlichen verschleißbedingt und nicht auf einen instabilen Zustand zwischen Anker und Restluftspaltscheibe zurückzuführen. Dadurch werden temporäre, fehlerhafte Korrekturen vermieden.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
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2 eine Draufsicht auf einen Anker einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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3a–c jeweils einen Teillängsschnitt durch einen Anker einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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4 eine Draufsicht auf einen Anker einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung,
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5 eine Draufsicht auf einen Anker einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung,
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6 eine Draufsicht auf einen Anker einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung und
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7 eine Draufsicht auf einen Anker einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Magnetbaugruppe 1, 2 mit einem Magnetkern 1 und einer Magnetspule 2, welche in dem Magnetkern 1 aufgenommen ist. Die Magnetspule 2 wirkt mit einem hubbeweglichen Anker zusammen, welcher über einen Ankerbolzen 13 geführt ist. Der Ankerbolzen 13 durchsetzt eine zentrale Bohrung 12 des Magnetkerns 1, in welcher ferner eine am Ankerbolzen 13 abgestützte Ankerfeder 11 zur Rückstellung des Ankers 3 aufgenommen ist. Außenumfangseitig wird der Magnetkern 1 von einem Gehäuseteil 14 umschlossen, während an der dem Anker 3 zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns 1 eine Restluftspaltscheibe 4 zur Ausbildung einer Ankeranschlagfläche 5 anliegt. Die Restluftspaltscheibe 4 ist ringförmig ausgebildet und weist einen Innendurchmesser 10 auf, welcher kleiner als ein Außendurchmesser 9 des Ankers 3 gewählt ist, so dass sich ein Überdeckungsbereich 7 der Restluftspaltscheibe 4 bzw. der Ankeranschlagfläche 5 mit einer Oberfläche 6 des Ankers 3 ergibt (siehe auch 2).
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Bei einer Bewegung des Ankers 3 weg von dem Magnetkern 1 und der Magnetspule 2, das heißt beim Schließen des Magnetventils, gilt es ein hydraulisches Kleben der Restluftspaltscheibe 4 am Anker 3 zu verhindern. Das heißt, dass ein Ablösen der Restluftspaltscheibe 4 gewährleistet sein muss, um ein definiertes Zusammenwirken von Restluftspaltscheibe 4 und Anker 3 zu gewährleisten.
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Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung weist daher die Oberfläche 6 des Ankers 3 wenigstens eine Nut 8 auf, welche innerhalb des Überdeckungsbereiches 7 zu liegen kommt. Die Nut 8 fördert die Ausbildung eines Fluid-Polsters zwischen der Restluftspaltscheibe 4 und dem Anker 3, so dass ein konstantes Ablösen sichergestellt ist.
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Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Nut 8 ist der 2 zu entnehmen, wonach die Oberfläche 6 des Ankers 3 eine ringförmige Nut 8 aufweist. Diese ringförmige Nut 8 ist zudem mittig in Bezug auf den Überdeckungsbereich 7 angeordnet, so dass durch das sich hierüber ausbildende Fluid-Polster ein gleichmäßiges Ablösen der Restluftspaltscheibe 4 vom Anker 3 gewährleistet ist.
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Wie den 3a–c zu entnehmen ist, kann die Nut 8 verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Beispielsweise kann die Nut 8 einen rechteckigen Querschnitt gemäß 3a, einen teilweise gerundeten Querschnitt gemäß 3b oder einen trapezförmigen Querschnitt gemäß 3c besitzen. In jedem Fall wird durch die Geometrie der Nut 8 eine Nutbreite x und eine Nuttiefe y definiert, welche über den Verlauf der Nut im Wesentlichen gleichbleibend ist. Die Nutbreite x ergibt sich an der Oberfläche 6 des Ankers 3, während die Nuttiefe y am tiefsten Punkt der Nut 8 gemessen wird. Bei der Festlegung der Nuttiefe y ist eine mögliche Belagbildung auf der Oberfläche 6 des Ankers 3 während des Betriebs eines die Anordnung aufweisenden Magnetventils zu berücksichtigen, da die Wirkung der Nut über die Lebensdauer vorhanden bleiben soll.
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Der 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Nut 8 zu entnehmen, welche vorliegend radial verläuft. Ferner weist die Oberfläche 6 des Ankers 3 mehrere solcher radial verlaufender Nuten 8 auf, welche zudem in gleichem Winkelabstand α zueinander angeordnet sind. Die Nuten 8 sind im Wesentlichen auf den Überdeckungsbereich 7 begrenzt, so dass der im Wesentlichen außerhalb des Überdeckungsbereichs 7 liegende Bereich der Oberfläche 6 des Ankers 3 keine Nuten 8 aufweist.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt 5. Bei dieser Ausführungsform wird eine ringförmige Nut 8 mit mehreren radial verlaufenden Nuten 8 kombiniert. Im Hinblick auf die radial verlaufenden Nuten 8 gilt das zuvor im Hinblick auf die Ausführungsform der 4 Gesagte. Das heißt, dass die Nuten 8 in gleichem Winkelabstand α zueinander angeordnet und im Wesentlichen auf den Überdeckungsbereich 7 beschränkt sind. Über die radial verlaufenden Nuten 8 steht die ringförmige Nut 8 in Verbindung mit einem Ankerraum (nicht dargestellt), der mit Kraftstoff befüllt ist. Auf diese Weise ist zugleich ein Unterströmen der Restluftspaltscheibe sichergestellt.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen einer Nut 8 sind den 6 und 7 zu entnehmen. Hier weist die Nut 8 jeweils eine Wellenform auf, die radial (siehe 6) oder tangential bzw. in Richtung einer Kreissehne (7) verlaufen kann. Aufgrund der eng gewählten Abstände bildet sich ein annähernd flächiges Fluid-Polster zwischen der Restluftspaltscheibe und dem Anker aus, das besonders wirksam einem hydraulischen Kleben entgegen wirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042593 A1 [0002, 0002]
- DE 102010030600 A1 [0004]
