-
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1. Ein solcher Kraftstoffinjektor besitzt einen Haltekörper zur Aufnahme einer Aktoreinheit sowie eines Steckerteils zur elektrischen Kontaktierung der Aktoreinheit.
-
Stand der Technik
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 040 199 A1 geht ein Piezoaktor mit einer Steckervorrichtung zur Betätigung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors hervor. Der Piezoaktor umfasst einen Innenraum aufweisenden Haltekörper sowie ein im Innenraum angeordnetes, durch den Haltekörper hindurch elektrisch kontaktierbares Piezoelement. Der Haltekörper weist einen der elektrischen Kontaktierung des Piezoelementes dienenden Anschlussraum mit einem darin angeordneten Steckerteil auf. Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit von außen zwischen das Steckerteil und den Haltekörper in den Anschlussraum gelangt, beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Steckerteils und des Haltekörpers, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass der Anschlussraum und das darin angeordnete Steckerteil mehrere umlaufende, miteinander korrespondierende, ineinander greifende Hintergreifungen und Vorsprünge aufweisen, welche gemeinsam eine labyrinthartige Abdichtung mit mindestens zwei an der Werkstoff- und Werkstückgrenze zwischen dem Haltekörper und dem Steckerteil geschlossenen umlaufenden Dichtflächen bilden.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor mit einem Haltekörper anzugeben, der eine dauerhaft dichte Verbindung mit einem Steckerteil zur elektrischen Kontaktierung einer Aktoreinheit ermöglicht und zugleich einfach und kostengünstig herstellbar ist.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst einen Haltekörper zur Aufnahme einer Aktoreinheit und eines Steckerteils zur elektrischen Kontaktierung der Aktoreinheit. Erfindungsgemäß ist das Steckerteil von außen mittels einer Umspritzung am Haltekörper anbringbar und der Haltekörper besitzt zur Aufnahme der Umspritzung einen Außenumfangsabschnitt mit wenigstens einer umlaufenden, hinterschneidungsfreien Nut und wenigstens einer umlaufenden Fase. Die wenigstens eine umlaufende Nut sowie die wenigstens eine umlaufende Fase bewirken eine verbesserte Haftung der Umspritzung an dem Haltekörper, der vorzugsweise im Übrigen zylinderförmig ausgebildet ist. Die Ausführung als hinterschneidungsfreie Nut der wenigstens einen umlaufenden Nut vereinfacht die Herstellung des Haltekörpers. Denn die hinterschneidungsfreie Nut kann beispielsweise bei der Drehbearbeitung des Haltekörpers eingebracht werden. Auf diese Weise ist der Haltekörper kostengünstiger, in kürzeren Taktzeiten und mit verringertem Werkzeugverschleiß herstellbar. Zudem ist ein Haltekörper mit hinterschneidungsfreien Nuten leichter wiederzugewinnen. Die wenigstens eine Nut und die wenigstens eine Fase ermöglichen ferner eine Materialverstärkung der Umspritzung, so dass die Dichtwirkung erhöht wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine umlaufende Nut innerhalb des Außenumfangsabschnitts des Haltekörpers angeordnet und somit in vollständiger Überdeckung mit der Umspritzung bringbar. Das heißt, dass nach Aufbringen der Umspritzung sich diese beidseits über die Nut hinweg erstreckt. Im Bereich der Nut weist die Umspritzung dann eine Materialverstärkung auf, welche in die Nut eingreift und demnach ebenfalls zur Haftung der Umspritzung an dem Haltekörper beiträgt.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine umlaufende Fase in einem Randbereich des Außenumfangabschnitts des Haltekörpers zur Aufnahme der Umspritzung angeordnet ist und somit zumindest teilweise in Überdeckung mit einem Randbereich der Umspritzung bringbar ist. Das heißt, dass nach Aufbringen der Umspritzung diese im Bereich einer Fase ausläuft. Entsprechend der Neigung der Fase weist die Umspritzung demnach in ihrem Randbereich eine weitere Materialverstärkung auf, welche die Haftung am Haltekörper verbessert. Da die Umspritzung beim Abkühlen schwindet und sich später bei einer Wiedererwärmung ausdehnt, dient die Fase zugleich als Auflaufbzw. Ablauframpe für den Randbereich der Umspritzung, welche bei einer Temperaturänderung eine gerichtete Bewegung der Umspritzung bewirkt und zugleich ein Ablösen der Umspritzung verhindert. Dadurch bleibt die Dichtheit des Anschlusses gewährleistet.
-
Vorteilhafterweise bildet wenigstens eine umlaufende Fase eine Flanke einer umlaufenden Nut aus. Die Fase läuft demnach in der Nut aus. Dadurch wird eine innen liegende Fase, welche innerhalb eines zylinderförmigen Abschnitts des Haltekörpers angeordnet ist, freigestellt.
-
Bevorzugt besitzt wenigstens eine umlaufende Fase eine Neigung in einem Winkel α ≤ 45° gegenüber der Außenumfangsfläche des Haltekörpers. Mit Verringerung des Neigungswinkels sinkt die dynamische Belastung der Umspritzung beim Ausgleich thermisch bedingter Längenunterschiede, so dass die Lebensdauer der Umspritzung und damit die Dichtigkeit des mittels der Umspritzung hergestellten Anschlusses steigen. Sofern wenigstens zwei Fasen vorgesehen sind, sind diese bevorzugt axial beabstandet zueinander und weiterhin bevorzugt jeweils in einem Randbereich des zur Aufnahme der Umspritzung vorgesehenen Außenumfangsabschnitts des Haltekörpers angeordnet. An den Fasen kommen somit insbesondere die Ränder der Umspritzung zu liegen, welche bei temperaturbedingten Längenänderungen auf den Fasen auf- bzw. ablaufen, wobei der Kontakt der Umspritzung mit dem Außenumfangsabschnitt des Haltekörpers erhalten bleibt. Weiterhin bevorzugt besitzt der Außenumfangsabschnitt des Haltekörpers wenigstens zwei umlaufende Fasen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln α. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Abstände der Fasen in Bezug auf eine zwischen den Fasen angeordnete umlaufende Nut unterschiedlich sind. Das heißt, dass der Neigungswinkel α und/oder die Breite einer Fase dem jeweiligen Abstand zur Nut angepasst ist bzw. sind und in Abhängigkeit von der Belastbarkeit des Materials der Umspritzung variiert bzw. variieren. Denn je größer der Neigungswinkel α einer Fase ist, desto größer ist die Flächenpressung beim Schrumpfen bzw. Schwinden der Umspritzung, wobei mit der Flächenpressung ferner die Dichtwirkung im Kontaktbereich der Umspritzung mit dem Haltekörper steigt. Mit zunehmendem Abstand einer Fase von einer innen liegenden umlaufenden Nut steigt jedoch die Belastung der Umspritzung, da diese einerseits von der Nut und andererseits von der Fase gehalten wird, so dass das Material der Umspritzung zudem eine Dehnung in axialer Richtung erfährt. Dadurch wird auf die Umspritzung eine Kraft ausgeübt, welche zu einer erhöhten Belastung im Bereich von Kerbstellen, beispielsweise einer umlaufenden Nut oder Fase, führt. Die Belastung kann jedoch dadurch verringert werden, dass der Neigungswinkel α und/oder die Breite der Fase den jeweiligen Erfordernisse entsprechend angepasst werden. Vorteilhafterweise wird mit zunehmender Entfernung einer Fase gegenüber einer innenliegenden umlaufenden Nut der Neigungswinkel α verringert, so dass eine weiter entfernt liegende Fase gegenüber einer weniger weit entfernt liegenden Fase – immer in Bezug auf die innen liegende umlaufende Nut – weniger stark geneigt ist.
-
Durch einen flachen Neigungswinkel α wird ferner die Schwächung des Haltekörpers auf ein Minimum reduziert.
-
Zur Herstellung des elektrischen Anschlusses der im Haltekörper aufgenommenen Aktoreinheit wird ferner die Verwendung eines als Flachstecker ausgebildeten Steckerteils vorgeschlagen, welches am Außenumfangsabschnitt des Haltekörper mittels der Umspritzung befestigt wird. Zur Aufnahme des vorzugsweise als Flachstecker ausgebildeten Steckerteils besitzt der Haltekörper weiterhin vorzugsweise eine innerhalb des Außenumfangsabschnitts angeordnete Ausfräsung, so dass die Ausfräsung in vollständiger Überdeckung mit der Umspritzung bringbar ist. Dadurch ist die Dichtfunktion der Umspritzung zum Schutz des elektrischen Anschlusses gewährleistet.
-
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Ausfräsung zur Aufnahme des vorzugsweise als Flachstecker ausgebildeten Steckerteils zwischen zwei Nuten angeordnet ist. Auch diese Maßnahme trägt zur Erhöhung der Dichtheit des elektrischen Anschlusses bei.
-
Bevorzugt ist die Umspritzung aus Kunststoff und/oder der Haltekörper aus Metall. Da Kunststoff in der Regel einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Metall, beispielsweise Stahl, besitzt, kommen hier die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen. Aufgrund der Formgebung sind die Längenänderungen der Umspritzung über die Höhe, d.h. in axialer Richtung am größten. Bei einer Temperaturänderung schieben sich demnach die Randbereiche der Umspritzung über den Haltekörper, wobei die vorzugsweise in den Randbereichen angeordneten Fasen ein Ablösen der Umspritzung vom Haltekörper verhindern.
-
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Figuren eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines Haltekörpers eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Bereich einer Umspritzung bei Erstarrungstemperatur,
-
2 eine schematische Schnittansicht des Haltekörpers der 1 nach Abkühlen der Umspritzung und
-
3 eine schematische Schnittansicht des Haltekörpers der 1 nach Wiedererwärmen der Umspritzung auf Betriebstemperatur.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
In den 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors lediglich ausschnittsweise dargestellt. Die Ausschnitte zeigen jeweils einen Außenumfangsabschnitt 3 eines Haltekörpers 1 des Kraftstoffinjektors, welcher der Aufnahme einer Umspritzung 2 zur Abdichtung eines elektrischen Anschlusses (nicht dargestellt) dient. Der Haltekörper 1 ist vorliegend aus Stahl und die Umspritzung 2 aus Kunststoff, mittels welcher ein vorzugsweise als Flachstecker ausgebildetes Steckerteil (nicht dargestellt) an den Haltekörper 1 angespritzt wird. Zur Aufnahme des Steckerteils ist innerhalb des Außenumfangsabschnitts 3 des Haltekörpers 1 eine Ausfräsung 8 eingebracht. Oberhalb und unterhalb der Ausfräsung 8 weist der Außenumfangsabschnitt 3 des Haltekörpers 1 ferner jeweils eine umlaufende Nut 4, 5 auf, in welche die Kunststoff-Umspritzung 2 beim Aufbringen eindringt. Auf diese Weise wird eine gute Haftung der Umspritzung 2 auf dem Haltekörper 1 bewirkt, welche die Dichtheit des Anschluss gewährleistet. Die oberhalb der Ausfräsung 8 angeordnete Nut 4 kommt ebenfalls innerhalb des Außenumfangsabschnittes 3 des Haltekörpers 1 zu liegen, so dass die Nut 4 und die Ausfräsung 8 aufgrund ihrer Lage in Bezug auf die Umspritzung 2 einer geringeren dynamischen Belastung ausgesetzt sind, wenn die Umspritzung 2 bei einer Temperaturänderung eine Längenänderung erfährt. Die unterhalb der Ausfräsung 8 angeordnete Nut 5 dient der Freistellung einer Fase 7, welche eine Auflauf- bzw. Ablauframpe für einen Randbereich der Umspritzung 2 bildet. Bei einer Temperaturänderung schiebt sich somit der Randbereich der Umspritzung 2 über die Fase 7, wobei die Fase 7 zugleich ein Ablösen der Umspritzung 2 vom Haltekörper 1 verhindert. Gleiches gilt für eine weitere Fase 6, auf welcher der obere Randbereich der Umspritzung 2 zu liegen kommt.
-
Die 1 zeigt den Haltekörper 1 kurz nach dem Aufbringen der Kunststoff-Umspritzung 2. Die Umspritzung 2 erstarrt nach dem Spritzvorgang, wobei die Umspritzung 2 in der 1 noch keine Längenänderung erfahren hat. Das heißt, dass keine Spalte zwischen der Umspritzung 2 und dem Haltekörper 1 existieren und kaum Spannungen in der Umspritzung 2 vorhanden sind.
-
Nach dem Spritzvorgang kühlt die Kunststoff-Umspritzung 2 auf Umgebungstemperatur ab und schwindet, wobei sie eine Längenänderung erfährt und sich – aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoff und Stahl – relativ zum Haltekörper 1 bewegt. Über die umlaufende Nut 4 und die Ausfräsung 8 ist die Umspritzung 2 am Haltekörper 1 fixiert, da diese innerhalb der Umspritzung 2 angeordnet sind, wo die dynamische Belastung der Umspritzung 2 durch den Schwindprozess am geringsten ist. Denn durch die Proportionen der Umspritzung 2 schwindet der Kunststoff über die Höhe mehr als in sich und/oder über den Umfang. Wie in der 2 durch Pfeile 9 angedeutet, gleitet daher die Kunststoff-Umspritzung 2 beim Schwinden über die Fasen 6, 7 am Haltekörper 1 und dichtet gleichzeitig den elektrischen Anschluss über diese Flächen ab.
-
Beim Erwärmen der Kunststoff-Umspritzung 2 auf Betriebstemperatur dehnt sich der Kunststoff der Umspritzung 2 stärker als der Stahl des Haltekörpers 1 aus, wobei die Fasen 6, 7 wiederum als Gleitflächen dienen. Das heißt, dass sich – wie in der 3 durch Pfeile 9 angedeutet – die Kunststoff-Umspritzung 2 über die Fasen 6, 7 wieder auseinander schiebt. Dabei kommt es dank der Fasen 6, 7 weder zu einem Ablösen der Umspritzung 2 noch zu einem Wechsel der Dichtflächen.
-
Die Funktionsweise der Anordnung ist sichergestellt, da die Betriebstemperatur in der Regel kleiner als die Erstarrungstemperatur des Kunststoffs ist.
-
Die Vorteile der Erfindung sind nicht nur in der gesteigerten Robustheit und dauerhaften Dichtigkeit des elektrischen Anschlusses zu sehen, sondern ferner in der Senkung der Herstellungskosten. Denn aufgrund der Nuten 4, 5 und der Fasen 6, 7 weist der Haltekörper 1 eine hinterschneidungsfreie Außenkontur auf, welche mittels Drehbearbeitung leicht zu fertigen ist.
-
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 102005040199 A1 [0002]
