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Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe für einen Magnetaktor oder ein Magnetventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Magnetaktor oder ein Magnetventil mit einer solchen Magnetbaugruppe. Der Magnetaktor bzw. das Magnetventil kann als Stellvorrichtung oder Schaltventil in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Kraftstoffeinspritzsystem zur Befüllung einer Hochdruckpumpe oder zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, verbaut werden. Beispielsweise kann es zur Regelung von hydraulischen Durchflüssen eingesetzt werden.
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Stand der Technik
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 003 137 U1 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer stationär in einem Gehäuse vorgesehenen Ankerführung und einer elektromagnetisch bewegbaren, in der Ankerführung geführten Ankereinheit bekannt. Als Ankerführung dient ein Ankerführungsrohr, das vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet ist. Denn als Tiefziehteil lässt sich das Ankerführungsrohr kostengünstig herstellen. Allerdings muss bei der Herstellung des Ankerführungsrohrs mittels Tiefziehen eine relativ hohe Oberflächenrauigkeit in Kauf genommen werden, da ohne Nachbearbeitung die Oberfläche eine Rauigkeit zwischen 5 bis 7 µm besitzt. Eine entsprechend hohe Oberflächenrauigkeit fördert jedoch den Verschleiß im Bereich der Ankerführung, was sich als nachteilig in Bezug auf die Lebendauer der elektromagnetischen Stellvorrichtung sowie die Stellvorrichtung aufweisende Ventile oder Schaltvorrichtungen erweist. Um den reibungsbedingten Verschleiß zwischen der Ankerführung und der Ankereinheit der elektromagnetischen Stellvorrichtung zu vermindern und in der Folge die Lebensdauer der Ventile oder Schaltvorrichtungen zu erhöhen, die eine solche elektromagnetische Stellvorrichtung aufweisen, wird daher in dieser Druckschrift vorgeschlagen, die Führungsfläche der Ankerführung mit einer Beschichtung in Form einer Gleitschicht zu versehen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik soll eine Magnetbaugruppe mit einem hubbeweglichen Anker für einen Magnetaktor oder ein Magnetventil angegeben werden, die besonders robust in Bezug auf mechanische Beanspruchung sowie einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Magnetbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner werden ein Magnetaktor und ein Magnetventil mit einer solchen Magnetbaugruppe vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für einen Magnetaktor oder ein Magnetventil vorgeschlagene Magnetbaugruppe umfasst einen Magnetkern und eine Magnetspule. Sie umfasst ferner einen mit der Magnetspule der Magnetbaugruppe zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker, der zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist. Erfindungsgemäß weist der Anker einen plattenförmigen Abschnitt und einen hülsenförmigen Abschnitt auf, wobei der hülsenförmige Abschnitt zur Ausbildung einer außenumfangseitig angeordneten Führungsfläche aus einem anderen Material als der plattenförmige Abschnitt gefertigt ist und/oder eine geringere Wandstärke als der plattenförmige Abschnitt besitzt.
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Die außenumfangseitig am Anker angeordnete Führungsfläche bewirkt eine axiale Führung des Ankers und ersetzt auf diese Weise eine Führung des Ankers über einen mit dem Anker verbundenen Stößel, insbesondere Ventilstößel, wie dies bei Magnetventilen regelmäßig der Fall ist. Somit kann das Bauteil Stößel entfallen, was sich kostenmindernd auswirkt.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich eine axiale Führung bei einem als Tauchanker ausgeführten Anker aus. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist daher der Anker als Tauchanker ausgebildet.
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Die außenumfangseitig am Anker angeordnete Führungsfläche wirkt mit einer weiteren Führungsfläche zusammen, die an einem Bauteil ausgebildet ist, das den Anker zumindest abschnittsweise umgibt. Bei diesem Bauteil kann es sich um ein Gehäuseteil, eine separate Ankerführung oder eine Komponente der Magnetbaugruppe handeln. Beispielsweise kann ein die Magnetspule aufnehmender Spulenträger als Reibpartner der am hubbeweglichen Anker ausgebildeten Führungsfläche dienen. In diesem Fall ist der Anker als Tauchanker ausgeführt.
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Zur Ausbildung der Führungsfläche weist der Anker vorliegend einen hülsenförmigen Abschnitt auf, der an einem Ende von einem plattenförmigen Abschnitt verschlossen wird. Zumindest der plattenförmige Abschnitt des Ankers ist aus einem ferromagnetischen Material gefertigt, um mit der Magnetspule der Magnetbaugruppe zusammenzuwirken. Um die Kosten zu reduzieren, kann der Anker aus einem kostengünstigen ferromagnetischen Material hergestellt werden. Ein solches ist in der Regel jedoch relativ weich und demzufolge wenig robust gegenüber mechanischen Belastungen, insbesondere gegenüber Anschlagimpulsen und/oder Reibung in einem Führungsbereich, d. h. Belastungen, denen ein hubbeweglicher Anker regelmäßig ausgesetzt ist. Bei konventionellen Magnetventilen werden daher häufig Ventilstößel verbaut, welche die Funktionen Führung des Magnetankers und Übertragung der Anschlagkräfte übernehmen.
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Die Erfindung sieht jedoch eine Ankerführung über eine Außenumfangsfläche des Ankers selbst vor. Hierzu ist an einem hülsenförmigen Abschnitt des Ankers eine Führungsfläche ausgebildet, die sich von einem plattenförmigen Abschnitt des Ankers dadurch unterscheidet, dass sie aus einem anderen Material gefertigt ist und/oder eine geringere Wandstärke besitzt. Durch die alternativ oder ergänzend vorgeschlagenen Maßnahmen kann eine Robustheitssteigerung im Führungsbereich des Ankers bewirkt werden, welche den Einsatz eines kostengünstigen ferromagnetischen Materials zumindest zur Ausbildung des plattenförmigen Abschnitts des Ankers ermöglicht. Denn bei Verwendung unterschiedlicher Materialen zur Ausbildung des plattenförmigen und des hülsenförmigen Abschnitts kann das Material funktionsgerecht gewählt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Wandstärke des hülsenförmigen Abschnitts gegenüber der Wandstärke des plattenförmigen Abschnitts verringert werden, wodurch der hülsenförmige Abschnitt eine geringere Formsteifigkeit besitzt, so dass einem Verkanten des Ankers im Führungsbereich entgegen gewirkt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der hülsenförmige Abschnitt des Ankers zur Ausbildung der Führungsfläche aus einem nicht-ferromagnetischen Material, vorzugsweise aus Kunststoff, gefertigt. Das heißt, dass wenigstens zwei unterschiedliche Materialien zur Ausbildung des Ankers verwendet werden. Denn zumindest der plattenförmige Abschnitt muss aus einem ferromagnetischen Material gefertigt sein, um mit der Magnetspule der Magnetbaugruppe zusammenzuwirken. Sofern der hülsenförmige Abschnitt aus einem Kunststoff gefertigt ist, kann dieser durch Umspritzen des plattenförmigen Abschnitts mit einem Kunststoff hergestellt worden sein. Alternativ kann der aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien bestehende Anker auch durch pulvermetallurgisches Spritzgießen (MIM = metal-injection moulding) hergestellt worden sein. In diesem Fall handelt es sich bei dem Anker vorzugsweise um ein Zweikomponenten-Metallpulver-Spritzgussteil.
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Sofern der hülsenförmige Abschnitt und der plattenförmige Abschnitt aus dem gleichen Material gefertigt sind, ist der Anker vorzugsweise mittels Tiefziehen hergestellt worden. Bei dem Anker handelt es sich dann um ein Tiefziehteil. Ein solches lässt sich besonders kostengünstig herstellen. Um die Robustheit des Ankers zu steigern, wird ferner vorgeschlagen, die Wandstärke des hülsenförmigen Abschnitts geringer als die des plattenförmigen Abschnitts auszubilden. Dadurch weist der hülsenförmige Abschnitt eine gewisse Elastizität auf, die einem Verkanten des Ankers im Führungsbereich entgegen wirkt.
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Um die Robustheit des Ankers im Bereich der Führungsfläche weiter zu steigern, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass der hülsenförmige Abschnitt des Ankers zur Ausbildung der Führungsfläche eine Beschichtung aus einem die Robustheit steigernden Material, wie beispielsweise Chrom, Nickel oder Polytetrafluorethylen, besitzt. Bei diesen Materialien handelt es sich insbesondere um solche, welche die Reibung zwischen den Reibpartner und damit den Verschleiß verringern, oder um solche, welche besonders verschleißfest gegenüber einer Beanspruchung auf Reibung sind. Durch die vorgeschlagene Beschichtung kann zudem eine magnetische Trennung bewirkt werden, wenn ein nichtmagentischer Werkstoff zum Einsatz gelangt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anker von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist, die vorzugsweise unmittelbar oder mittelbar einerseits am Magnetkern und andererseits am Anker abgestützt ist. Die Federkraft wirkt vorzugsweise einer über die Magnetspule bewirkten Magnetkraft entgegen, so dass mit Beendigung der Bestromung der Magnetspule der Anker über die Federkraft der Feder in seine Ausgangslage zurückgestellt wird.
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Vorteilhafterweise ist zwischen dem Magnetkern und dem Anker eine Restluftspaltscheibe angeordnet. Über die Restluftspaltscheibe ist der Restluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Anker bzw. der Hub des Ankers einstellbar. Zudem verhindert die Restluftspaltscheibe, die üblicherweise aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt ist, ein magnetisches Kleben des Ankers am Magnetkern, wenn die Bestromung der Magnetspule beendet wird.
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Bevorzugt besitzt der plattenförmige Abschnitt des Ankers wenigstens eine als Durchströmöffnung dienende Ausnehmung. Die wenigstens eine Ausnehmung ermöglicht einen Druckausgleich, wenn der Anker fluidumströmt ist. Bei Einsatz der Magnetbaugruppe in einem Magnetventil zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors ist der Anker beispielsweise regelmäßig von Kraftstoff umströmt.
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Da die Vorteile der Erfindung insbesondere in der Anwendung Magnetaktor oder Magnetventil zum Tragen kommen, wird ferner ein Magnetaktor oder ein Magnetventil mit einer erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe vorgeschlagen. Der Magnetaktor oder das Magnetventil dienen insbesondere der Betätigung eines Saugventils einer Pumpe, insbesondere Hochdruckpumpe, oder der Betätigung von Kraftstoffinjektoren.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetbaugruppe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anker einer weiteren erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch den Anker der erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe der 1 und
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4 eine Draufsicht auf den Anker der 3.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist eine Magnetbaugruppe, umfassend einen Magnetkern 1 und eine Magnetspule 2, sowie ein mit der Magnetspule 2 der Magnetbaugruppe zusammenwirkender Anker 3 zu entnehmen, der vorliegend als Tauchanker ausgebildet ist. Der Anker 3 weist einen plattenförmigen Abschnitt 4 sowie einen hülsenförmigen Abschnitt 5 auf, der außenumfangseitig eine Führungsfläche 6 besitzt. Die Führungsfläche 6 bewirkt eine Führung des Ankers 3 innerhalb der Magnetspule 2, deren nicht näher dargestellter Spulenträger eine der Führungsfläche 6 gegenüber liegende Führungsfläche besitzt. Die Führungsflächen am Spulenträger und am Anker 3 werden somit auf Reibung beansprucht, wenn der Anker 3 eine Hubbewegung ausführt. Dies ist beispielsweise bei einer Bestromung der Magnetspule 2 der Fall, da dann ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Anker 3 in Richtung des Magnetkerns 1 bewegt, so dass ein Luftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem Anker 3 geschlossen wird. Um den Hub des Ankers 3 einzustellen, ist in dem dargestellten Beispiel zwischen dem Magnetkern 1 und dem Anker 3 eine Restluftspaltscheibe 8 angeordnet. Eine gegenläufige Bewegung führt der Anker 3 bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule 2 aus. Denn der Anker 3 ist von der Federkraft einer Feder 7 beaufschlagt, deren Aufgabe es ist, den Anker 3 in seine Ausgangslage zurückzustellen. Hierzu ist die Feder 7 einerseits am Magnetkern 1 und andererseits mittelbar über die Restluftspaltscheibe 8 am Anker 3 abgestützt.
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Wie der 3 zu entnehmen ist, welche den Anker 3 der Magnetbaugruppe der 1 in einer vergrößerten Darstellung zeigt, weist der hülsenförmige Abschnitt 5 eine gegenüber dem plattenförmigen Abschnitt 4 verringerte Wandstärke auf. Durch die geringe Wandstärke besitzt der hülsenförmige Abschnitt 5 eine gewisse Elastizität, die insbesondere einem Verkanten des Ankers 3 entgegenwirkt. Dadurch sinkt die mechanische Belastung des Ankers 3 im Bereich seiner Führungsfläche 6, so dass diese einem geringeren Verschleiß unterliegt. Die geringe Wandstärke des hülsenförmigen Abschnitts 5 des Ankers 3 wirkt sich demnach vorteilhaft auf die Lebensdauer der Magnetbaugruppe aus.
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In dem plattenförmigen Abschnitt 4 sind vorliegend vier Ausnehmungen 9 ausgebildet, die als Durchströmöffnungen dienen (siehe 4). Sofern der Anker 3 fluidumströmt ist, ermöglichen die Ausnehmungen 9 einen Druckausgleich bei einer Hubbewegung des Ankers 3. Die Anzahl, Form und Anordnung der Ausnehmungen 9 ist beliebig wählbar.
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Eine alternative Ausführungsform eines Ankers 3 für eine erfindungsgemäße Magnetbaugruppe ist der 2 zu entnehmen. Der Anker 3 weist wiederum einen plattenförmigen Abschnitt 4 und einen hülsenförmigen Abschnitt 5 auf, wobei die Abschnitte 4 und 5 aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Der plattenförmige Abschnitt 4 ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, um die Ausbildung eines Magnetfeldes zu ermöglichen, während der hülsenförmige Abschnitt 5 aus Kunststoff besteht. Der aus Kunststoff bestehende hülsenförmige Abschnitt 5 des Ankers 3 weist eine auf die Führungsfunktion des hülsenförmigen Abschnitts 5 abgestimmte Materialzusammensetzung auf. Insbesondere wurde ein Kunststoff gewählt, der die Reibung im Bereich der Führung reduziert. Durch diese Maßnahme kann somit ebenfalls der Verschleiß gemindert und die Lebensdauer der Magnetbaugruppe erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008003137 U1 [0002]
