DE102012213699A1

DE102012213699A1 - Magnetventil zum Zumessen von Fluid

Info

Publication number: DE102012213699A1
Application number: DE201210213699
Authority: DE
Inventors: Joerg ABEL; Martin Scheffel; Ralph Ittlinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Es wird ein Magnetventil zum Zumessen von Fluid angegeben, das eine Gehäusebaugruppe mit einem zwischen einem Fluidzufluss und einer Zumessöffnung angeordneten hohlen Magnetkern und eine mit einem Innenmantel (121) auf der Gehäusebaugruppe aufsitzenden hohlen Spulenbaugruppe (12) aufweist, die eine auf einem hohlen Spulenträger (33) aufgewickelten Magnetspule (34), die Magnetspule (34) kontaktierende elektrische Leiterbahnen (35) mit endseitigen Steckerstiften (351) und eine Spulenträger (33), Magnetspule (34) und Leiterbahnen (35) einschließende Kunststoffumspritzung (36) mit einem angeformten, die Steckerstifte (351) aufnehmenden Steckergehäuse (37) umfasst. Zur Herstellung einer zuverlässigen und fertigungstechnisch vorteilhaft darstellbaren Abdichtung der Spulenbaugruppe (12) gegenüber der Gehäusebaugruppe ist der Innenmantel (121) der Spulenbaugruppe (12) zumindest im Bereich des Spulenträgers (33) mit einer Schicht (38) aus einer elastischen Dichtmasse belegt, die zusammen mit der Kunststoffumspritzung (36) in einem Arbeitsgang mittels eines 2-Komponenten-Spritzverfahrens hergestellt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil zum Zumessen von Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird.
Ein bekanntes elektromagnetisch betätigbares Brennstoffventil ( DE 195 12 339 B4 ) weist eine den Brennstoff führende Gehäusebaugruppe und eine Spulenbaugruppe auf. Die Gehäusebaugruppe umfasst einen hohlen Magnetkern, der als Brennstoffeinlassstutzen ausgebildet ist, und einen dazu koaxialen, hohlen Ventilsitzträger mit Ventilöffnung. Ventilsitzträger und Magnetkern sind durch ein hohles Zwischenteil fest miteinander verbunden. Die Spulenbaugruppe umfasst einen hohlen Spulenträger, eine auf dem Spulenträger aufgewickelte Magnetspule und zwei an der Magnetspule angeschlossene, elektrische Zuleitungen, deren Enden zu Steckerstiften geformt sind. Der Spulenträger ist auf Magnetkern und Zwischenteil aufgesetzt. Der Spulenbaugruppe ist ein ferromagnetischer Rückschlussbügel zugeordnet, der die Magnetspule mit Spaltabstand überbrückt und einerseits am Magnetkern und andererseits am Ventilsitzträger angeschweißt ist. Die so ausgebildete Vormontageeinheit ist mit einer Kunststoffumspritzung versehen, in der ein die Steckerstifte aufnehmendes Steckergehäuse eines elektrischen Anschlusssteckers ausgeformt ist. Die Kunststoffumspritzung schließt den Magnetkern, den Rückschlussbügel und die Spulenbaugruppe vollständig ein und übergreift teilweise den Ventilsitzträger. Zur Abdichtung der Verbindung von Kunststoffumspritzung und Ventilsitzträger ist ein Dichtelement vorgesehen, das in einer umlaufenden Nut am Umfang des Ventilsitzträgers einliegt und über die Stirnfläche der Kunststoffumspritzung hinausragt.
Bei einem bekannten Magnetventil zum Zumessen von Fluid ( DE 10 2010 030 925 A1 ) ist ein Spulenträger mit Magnetspule aufnehmender Magnettopf mit einem im Durchmesser reduzierten Topfabschnitt auf einem rohrförmigen Ventilgehäuse festgelegt. Der Magnettopf ist von der Seite seiner Topföffnung her von einer Kunststoffumspritzung übergriffen, die auf den zulaufseitigen Teil des Ventilgehäuses aufgespritzt ist. Zur Abdichtung der Magnetspule ist in den Topfmantel des Magnettopfs ein aus mehreren Ringnuten bestehendes sog. Labyrinth eingearbeitet, in dem die Kunststoffumspritzung verankert ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die auf dem Innenmantel der hohlen Spulenbaugruppe vorhandene Schicht aus elastischer Dichtmasse nach Zusammenbau des Ventils die notwendige Dichtheit für die gewickelte Magnetspule und die Dichtheit im Steckanschluss sicherstellt. Separat zu montierende Dichtelemente können ebenso entfallen wie zerspanende Bearbeitungen der Gehäusebaugruppe zur Aufnahme der Dichtelemente oder zur Herstellung eines dichtenden Labyrinths. Die entsprechenden Bauteile der Gehäusebaugruppe können damit kostengünstig als Umformteil hergestellt werden und müssen nicht, wie bisher, aus dem Vollen zerspant werden. Die elastische Dichtmasse, die vorzugsweise ein wasserfestes Elastomer ist, z.B. EPDM, kann in kostengünstiger Weise zusammen mit der Kunststoffumspritzung, die z.B. aus einem PA66 besteht, mittels eines 2-Komponenten-Spritzverfahrens in einem einzigen Arbeitsgang erstellt werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Elastomer mit wärmeleitenden Partikeln, z.B. einem Metallpulver, versetzt. Durch diese metallischen Zusätze wird ein guter thermischer Übergang zwischen Spulenbaugruppe und Gehäusebaugruppe gewährleistet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Gehäusebaugruppe und Spulenbaugruppe getrennt gefertigte Vormontageeinheiten, wobei im fertigen Ventil die Spulenbaugruppe auf die Gehäusebaugruppe aufgeschoben und auf dieser befestigt ist. Die Unterteilung des Magnetventils in zwei separate Vormontageeinheiten erleichtert die Fertigung der beiden Baugruppen und ermöglicht eine einfache Montage des Ventils.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Magnetkern der Gehäusebaugruppe mindestens eine in seiner äußeren Kernwand eingearbeitete Ringnut auf. Aufgrund von Toleranzen in der Schichtdicke der Schicht aus elastischer Dichtmasse kann bei der Montage der beiden Baugruppen überschüssige Dichtmasse anfallen, die in der mindestens eine Ringnut aufgenommen wird und somit nicht zu unerwünschten Fügetoleranzen der beiden Baugruppen führt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Spulenbaugruppe ein eine magnetisch leitende Verbindung zum Magnetkern herstellender, magnetischer Rückschluss zugeordnet, der in die Kunststoffumspritzung einbezogen ist. Durch die Komplettierung der Spulenbaugruppe mit dem magnetischen Rückschluss, der vorzugsweise durch einen die Magnetspule mit Radialspalt umgebenden Hohlzylinder und einen an einer Stirnseite des Hohlzylinders auf dem Hohlzylinder aufsitzenden Ring mit an dem Magnetkern anliegender, innerer Ringwand realisiert ist, ist kein separater Montagevorgang für den erforderlichen Aufbau des Magnetkreises des Elektromagneten erforderlich. Die Bauelemente für den magnetischen Rückschluss können in fertigungstechnisch einfacher Weise beim 2-Komponenten-Spritzverfahren der Spulenbaugruppe mit in die Spritzform eingelegt und in die Spulenbaugruppe eingebunden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Magnetventils zum Zumessen von Fluid,
2 einen Längsschnitt einer fluidführenden Gehäusebaugruppe des Magnetventils in 1,
3 einen Längsschnitt einer Spulenbaugruppe des Magnetventils in 1.
Das in 1 im Längsschnitt dargestellte Magnetventil zum Zumessen von Fluid wird beispielsweise bei Brennkraftmaschinen als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in das Saugrohr oder als Dosierventil zum Zumessen einer Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgasrohr eingesetzt. Das Magnetventil weist eine Gehäusebaugruppe 11 (2) und eine hohle Spulenbaugruppe 12 (3) auf, die getrennt gefertigte Vormontageeinheiten und zum Magnetventil durch Aufschieben und Befestigen der Spulenbaugruppe 12 auf der Gehäusebaugruppe 11 zusammengesetzt sind.
Die in 2 vom Magnetventil separiert und im Längsschnitt dargestellte Gehäusebaugruppe 11, mitunter auch Hydraulikpatrone genannt, besitzt einen Fluidzufluss 13 und eine Zumessöffnung 14. Zum Schließen und Freigeben der Zumessöffnung 14 ist ein in der Gehäusebaugruppe 11 aufgenommenes Ventilglied 15 von einer Ventilschließfeder 16 beaufschlagt und mittels eines Elektromagneten 17 gegen die Rückstellkraft der Ventilschließfeder 16 verschiebbar. Von dem Elektromagneten 17 ist ein hohler Magnetkern 18 der Gehäusebaugruppe 11 zugeordnet und zwischen Fluidzufluss 13 und Zumessöffnung 14 angeordnet. An den Magnetkern 18 ist an dessen eine Stirnseite ein den Fluidzufluss 13 enthaltenes Anschlussstück 19 und an dessen andere Stirnseite ein hohler Ventilkörper 20 jeweils koaxial und mit dem Magnetkern 18 bündig angesetzt. Magnetkern 18 und Anschlussstück 19 einerseits und Magnetkern 18 und Ventilkörper 20 andererseits sind fest miteinander verbunden, z.B. durch eine umlaufende Schweißnaht 21 bzw. 22. Der Ventilkörper 20 ist seinerseits mit einem hohlen Ventilsitzträger 23 fest verbunden, z.B. mittels einer umlaufenden Schweißnaht 24. Im Ausführungsbeispiel ist aus fertigungstechnischen Gründen der Ventilsitzträger 23 zweiteilig ausgeführt und aus einem in den Ventilkörper 20 eintauchenden Trägerrohr 25 und einem das Trägerrohr 25 an dessen vom Ventilkörper 20 abgekehrten Ende angesetzten Sitzkörper 26 zusammengesetzt, an dem ein die Zumessöffnung 14 umschließender, mit dem Ventilglied 15 zum Schließen und Freigeben der Zumessöffnung 14 zusammenwirkender Ventilsitz 27 ausgebildet ist. Trägerrohr 25 und Sitzkörper 26 sind durch eine Schweißnaht 28 miteinander verbunden. Aus fertigungstechnischen Gründen ist auch der Ventilkörper 20 mit dem Magnetkern 18 nicht unmittelbar, sondern über eine Zwischenhülse 29 verbunden, die das im Durchmesser reduzierte Ende des Magnetkerns 18 mit der Außenkontur des Magnetkerns 18 bündig übergreift und ihrerseits über eine Schweißnaht 30 am Ventilkörper 20 festgelegt ist. Im Ventilkörper 20 bzw. Zwischenhülse 29 ist ein mit dem Ventilglied 15 gekoppelter Magnetanker 31 des Elektromagneten 18 axial verschieblich geführt. Der Magnetanker 31 weist Axialbohrungen 32 für den Durchtritt des vom Fluidzufluss 13 zur Zumessöffnung 14 strömenden Fluids auf. Der Ventilkörper 20 ist mit einem über den Umfang der Zwischenhülse 29 bzw. des Magnetkerns 18 vorstehenden Radialflansch 203 versehen, dessen dem Magnetkern 18 zugekehrte Flanschfläche treppenartig mit zwei Stufen 201 und 202 ausgebildet ist.
Die in 3 vom Magnetventil separiert und im Längsschnitt dargestellte, hohle Spulenbaugruppe 12 mit einem zylindrischen Innenmantel 121 weist eine auf einen hohlen Spulenträger 33 mit endseitigen Radialflanschen 331, 332 aufgewickelte Magnetspule 34 des Elektromagneten 17, zwei die Magnetspule 14 kontaktierende, elektrische Leiterbahnen 35, deren von der Magnetspule 34 abgekehrten Enden zu je einem Steckerstift 351 eines Steckeranschlusses ausgeformt sind, sowie eine Spulenträger 33, Magnetspule 34 und Leiterbahnen 35 einschließende Kunststoffumspritzung 36 auf, in der ein die Steckerstifte 351 aufnehmendes Steckergehäuse 37 des Steckanschlusses ausgeformt ist. Von den Leiterbahnen 35 sind aufgrund der Schnittführung nur die beiden Enden 35a und 35b zu sehen, wobei am Ende 35b der Steckerstift 351 angeformt ist. Die hohle Spulenbaugruppe 12 weist einen solchen lichten Durchmesser auf, dass die Spulenbaugruppe 12 mit ihrem Innenmantel 121 passgenau auf die Gehäusebaugruppe 11 aufschiebbar ist.
Zur Abdichtung des Magnetspule 34 und der Leiterbahnen 35 im Steckanschluss gegen Eindringen von Feuchtigkeit ist der der Gehäusebaugruppe 11 zugekehrte Innenmantel 121 der Spulenbaugruppe 12 zumindest im Bereich des Spulenträgers 33 mit einer Schicht 38 aus einer elastischen Dichtmasse belegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die innere Trägerwand des Spulenträgers 33 Teil des Innenmantels 121 der Spulenbaugruppe 12 und die Schicht 28 aus elastischer Dichtmasse unmittelbar auf die innere Trägerwand aufgebracht, wobei die Schicht 28 über einen Teil des einen Flansches 331 des Spulenträgers 33 weitergeführt ist. Der restliche Teil des Flansches 331 und der andere Flansch 332 des Spulenträgers 33 sind ebenso wie die aufgewickelte Magnetspule 34 mit der Kunststoffmasse der Kunststoffumspritzung 36 belegt. Als Dichtmasse wird vorzugsweise ein wasserbeständiges Elastomer, z.B. EPDM, eingesetzt. Zur Herstellung eines gewünschten, guten thermischen Übergangs zwischen Gehäusebaugruppe 11 und Spulenbaugruppe 12 kann die Dichtmasse noch mit wärmeleitenden Partikeln versetzt, z.B. in die Dichtmasse ein Metallpulver eingemischt sein. Die Schicht 38 wird zusammen mit der z. B. aus PA 66 bestehenden Kunststoffumspritzung 36 in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt. Da die Schichtdicke der Schicht 38 toleranzbehaftet ist, kann beim Aufschieben der Spulenbaugruppe 12 auf die Gehäusebaugruppe 11 sich aus der Schicht 28 überschüssige Dichtmasse auslösen. Zum Auffangen dieser überschüssigen Dichtmasse ist in den Magnetkern 18 mindestens eine Ringnut 39 (1 und 2) eingearbeitet, die die aus der Schicht 38 sich auslösende Dichtmasse auffängt.
Der Spulenbaugruppe 12 ist noch ein magnetischer Rückschluss 40 des Elektromagneten 17 zugeordnet, der den von der Magnetspule 34 erzeugten Magnetfluss über den Magnetkern 18, den Magnetanker 31 und den Ventilkörper 20 schließt. Der magnetische Rückschluss 40 ist in die Kunststoffumspritzung 36 einbezogen und wird beim Durchführen des 2-Komponenten-Spritzverfahrens mit in die Spritzgussform eingelegt. Die hierzu verwendeten Rückschlusselemente sind ein Hohlzylinder 41, der die Magnetspule 34 mit einem von der Kunststoffmasse der Kunststoffumspritzung 36 ausgefüllten Radialspalt umgibt und über die freie Stirnseite des Spulenträgers 33 vorsteht, und ein auf der davon abgekehrten Stirnseite des Hohlzylinders 41 aufsitzender Ring 42, dessen innere Ringwand bündig mit dem Innenmantel 121 der Spulenbaugruppe 12 ist und sich im endgefertigten Ventil auf den Magnetkern 18 aufsetzt.
Die bereits erwähnten Stufen 201 und 202 am Ventilkörper 20 sind so ausgeführt, dass sich nach Montage der Spulenbaugruppe 12 auf die Gehäusebaugruppe 11 (1) die ringförmige Stirnfläche des Hohlzylinders 41 des magnetischen Rückschlusses 40 sich an die Stufe 202 und der teilweise mit der Dichtmasse der Schicht 38 und teilweise mit der Kunststoffmasse der Kunststoffumspritzung 36 belegte Radialflansch 331 sich an die Stufe 201 anlegt, wobei der Hohlzylinder 41 bündig mit dem Außenumfang des Radialflansches 203 des Ventilkörpers 20 ist. Ventilkörper 20 und Hohlzylinder 41 werden mittels einer Schweißnaht 43 (1) miteinander verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19512339 B4 [0002]
DE 102010030925 A1 [0003]

Claims

Magnetventil zum Zumessen von Fluid mit einer das Fluid führenden Gehäusebaugruppe (11), die einen zwischen einem Fluidzufluss (13) und einer Zumessöffnung (14) angeordneten, hohlen Magnetkern (18) aufweist, und mit einer mit einem Innenmantel (121) auf der Gehäusebaugruppe (11) aufsitzenden hohlen Spulenbaugruppe (12), die eine auf einem hohlen Spulenträger (33) aufgewickelte Magnetspule (34), die Magnetspule (34) kontaktierende elektrische Leiterbahnen (35) mit endseitigen Steckerstiften (351) und eine Spulenträger (33), Magnetspule (34) und Leiterbahnen (35) einschließende Kunststoffumspritzung (36) aufweist, in der ein die Steckerstifte (351) aufnehmendes Steckergehäuse (37) eines Steckanschlusses ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (121) der Spulenbaugruppe (12) zumindest im Bereich des Spulenträgers (33) mit einer Schicht (38) aus einer elastischen Dichtmasse versehen ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäusebaugruppe (11) und Spulenbaugruppe (12) getrennt gefertigte Vormontageeinheiten sind und dass die Spulenbaugruppe (12) auf die Gehäusebaugruppe (11) aufgeschoben und auf dieser festgelegt ist.
Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (18) der Gehäusebaugruppe (11) mindestens eine in seinen Umfang eingearbeitete Ringnut (39) zum Auffangen von bei der Montage sich aus der Schicht (28) ablösender überschüssiger Dichtmasse aufweist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dichtmasse ein wasserbeständiges Elastomer, z.B. EPDM, ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dichtmasse mit wärmeleitenden Partikeln, z. B. einem Metallpulver, versetzt ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (38) aus elastischer Dichtmasse zusammen mit der Kunststoffumspritzung (36) in einem 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Trägerwand des hohlen Spulenträgers (33) Teil des Innenmantels (121) der Spulenbaugruppe (12) ist und die Schicht (38) aus elastischer Dichtmasse unmittelbar auf die innere Trägerwand des Spulenträgers (33) aufgebracht ist
Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenbaugruppe (12) ein eine magnetisch leitende Verbindung zum Magnetkern (18) herstellender, magnetischer Rückschluss (40) zugeordnet ist, der in die Kunststoffumspritzung (36) einbezogen ist.
Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Rückschluss (40) einen Hohlzylinder (41), der die Magnetspule (34) mit einem von der Kunststoffumspritzung (36) ausgefüllten Radialspalt umgibt, und einen auf einer Stirnseite des Hohlzylinders (41) aufsitzenden Ring (42) aufweist, dessen innere Ringwand bündig mit dem Innenmantel (121) der Spulenbaugruppe (12) ist.
Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (33) an mindestens seinem vom Ring (42) abgekehrten Ende einen die Magnetspule (34) axial abstützenden Radialflansch (331) aufweist und die Schicht (38) aus elastischer Dichtmasse über einen Teil des Radialflansches (331) weitergeführt ist.
Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebaugruppe (11) einen an den Magnetkern (18) koaxial angesetzten hohlen Ventilkörper (20) mit einem über den Magnetkern (18) überstehenden Radialflansch (331) aufweist, dass die dem Magnetkern (18) zugekehrte Flanschfläche des Radialflansches (331) gestuft mit einer ersten Stufe (201) und zweiten Stufe (202) ausgeführt ist und dass an der zweiten Stufe (202) die ringförmige Stirnfläche des Hohlzylinders (41) des magnetischen Rückschlusses (40) und an der ersten Stufe (201) der mit Dichtmasse und Kunststoffumspritzung (36) überzogene Radialflansch (331) des Spulenträgers (33) anliegt.
Magnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (18) mit dem Ventilkörper (20), vorzugsweise über eine den Magnetkern (18) bündig übergreifende Zwischenhülse (29), fest verbunden, z.B. verschweißt, ist.
Magnetventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebaugruppe (11) ein den Fluidzufluss (13) enthaltendes Anschlussstück (19) aufweist, das an der vom Ventilkörper (20) abgekehrten Stirnseite des Magnetkerns (18) radial bündig angesetzt und mit diesem fest verbunden, z.B. verschweißt, ist.