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Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe für ein Einspritzventil. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ventilbaugruppe für ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor.
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Ein Einspritzventil (Injektor) ist dazu eingerichtet, auf der Basis einer elektrischen Ansteuerung Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzen. Zur Steuerung des Kraftstoffflusses ist eine Ventilbaugruppe vorgesehen. Die Ventilbaugruppe umfasst eine Ventilnadel, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer Schließstellung, in der ein Kraftstofffluss durch die Ventilbaugruppe verhindert ist, und einer Öffnungsstellung, in der der Kraftstofffluss ermöglicht ist, beweglich angeordnet ist. Eine Ventilfeder belastet die Ventilnadel in Richtung der Schließstellung. Um die Ventilnadel aus der Schließstellung entgegen der Kraft der Ventilfeder zu bewegen, ist ein elektromagnetischer Aktuator mit einer Spule und einem Anker vorgesehen. Fließt ein elektrischer Strom durch die Spule, so wird der Anker in einer Richtung parallel zur Längsachse der Ventilnadel bewegt.
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Um ein besonders rasches Öffnen der Ventilbaugruppe zu ermöglichen, ist es üblich, den Anker zunächst einen vorbestimmten Leerweg zurücklegen zu lassen, bevor er an der Ventilnadel eingreift, um diese aus der Schließstellung herauszubewegen. Beim Auftreffen des Ankers auf die Ventilnadel hat der Anker bereits eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht, sodass die kinetische Energie des Ankers das Mitreißen der Ventilnadel in Richtung der Öffnungsstellung unterstützt. Fließt kein elektrischer Strom mehr durch die Spule, so wird die Ventilnadel durch die Ventilfeder zurück in die Schließstellung verbracht. Gleichzeitig wird dadurch der Anker ebenfalls zurückbewegt. Um zu gewährleisten, dass der Anker die Ruhestellung wieder erreicht, von der aus er den vorbestimmten Leerweg zurücklegen kann, ohne in die Ventilnadel einzugreifen, ist eine separate Einrichtung erforderlich.
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WO 2012/041984 A1 zeigt einen Injektor mit einer Ventilbaugruppe, in der ein Permanentmagnet dazu vorgesehen ist, den Anker in die Ausgangsstellung zurückzuziehen.
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Die magnetische Kraft des Permanentmagneten auf den Anker ist jedoch von deren relativem Abstand abhängig, sodass die Dimensionierung schwierig sein kann. Außerdem kann die magnetische Kraft des Permanentmagneten weiteren Einflüssen unterworfen sein, beispielsweise Temperatur oder Alterung.
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Andere Vorschläge verwenden eine Anzahl Stütz- und Halteelemente, um ein Federelement zur Rückstellung des Ankers in die Ausgangsstellung einzusetzen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilbaugruppe für ein Einspritzventil anzugeben, bei der auf einfache und sichere Weise die genannte Rückstellung sichergestellt ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Ventilbaugruppe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Ventilbaugruppe für ein Einspritzventil angegeben. Das Einspritzventil ist insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Saugrohr oder in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors angegeben, das die Ventilbaugruppe enthält.
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Die Ventilbaugruppe enthält eine Ventilnadel zur Steuerung eines Flusses von Kraftstoff durch die Ventilbaugruppe, wobei die Ventilnadel entlang ihrer Längsachse zwischen einer Schließstellung, in der ein Kraftstofffluss durch die Ventilbaugruppe verhindert ist, und einer Öffnungsstellung, in der der Kraftstofffluss ermöglicht ist, beweglich ist, und eine Ventilfeder, um die Ventilnadel in die Schließstellung zu pressen.
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Ferner ist ein elektromagnetischer Aktuator mit einer Spule, einem Polstück und einem beweglichen Anker vorgesehen, wobei der Aktuator dazu eingerichtet ist, den Anker relativ zum Polstück in einer Richtung parallel zur Längsachse der Ventilnadel zu bewegen, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt. Der Anker ist dazu eingerichtet, in axialer Richtung zu dem Polstück hin aus einer ersten Position um einen vorbestimmten Leerweg in eine zweite Position und von dort um einen vorbestimmten Betätigungsweg in eine dritte Position bewegt zu werden.
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Dabei ist die Ventilbaugruppe so konstruiert, dass der Anker nur zwischen der zweiten und der dritten Position an der Ventilnadel eingreift, um die Ventilnadel zu bewegen. Wenn die Ventilnadel sich in der Schließstellung befindet, ist der Anker zwischen der ersten und der zweiten Position beweglich. Wenn der Anker in der dritten Position liegt, blockiert er eine axiale Verlagerung der Ventilnadel von der Öffnungsstellung in Richtung zu der Schließstellung hin, während die Ventilnadel in dieser Position des Ankers in Richtung von der Schließstellung weg relativ zum Anker beweglich sein kann.
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Außerdem ist ein am Anker anliegendes Federelement vorgesehen, um den Anker in Richtung der ersten Position zu drücken. Das Federelement liegt insbesondere an einer dem Polstück zugewandten Seite des Ankers an diesem an.
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Das Federelement kann eine gleichmäßige und vorbestimmbare Kraft auf den Anker ausüben, um ihn aus der zweiten Position zurück in die erste Position zu drücken. Da das Federelement unmittelbar am Anker anliegt, kann auf Halte- und Umlenkelemente verzichtet werden, wodurch ein einfacher und kostengünstiger Aufbau möglich ist. Die Anordnung auf der Seite des Polstücks erlaubt eine einfache Montage der Ventilbaugruppe. Ferner kann die Ventilbaugruppe kompakt aufgebaut werden, wodurch das Volumen oder die Masse der Ventilbaugruppe und damit auch das Volumen oder die Masse des Einspritzventils verringert sein können. Außerdem kann das Federelement auch im Bereich zwischen der zweiten und der dritten Position des Ankers eine Kraft ausüben, die beim Abschalten eines elektrischen Stroms durch die Spule ein rasches Verbringen der Ventilnadel von der Öffnungsstellung in die Schließstellung unterstützt. Dadurch kann eine erhöhte Schließgeschwindigkeit der Ventilbaugruppe erzielt sein.
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Bevorzugterweise umfasst das Federelement eine Zylinderfeder, die koaxial zur Längsachse der Ventilnadel angeordnet ist. Die Zylinderfeder ist insbesondere eine Schraubenfeder deren Windungen um die Längsachse herum verlaufen. Dadurch kann ein symmetrischer und kompakter Aufbau der Ventilbaugruppe unterstützt sein. Die Zylinderfeder kann in ihren Federeigenschaften gut kontrollierbar sein, um in allen Positionen des Ankers eine ausreichende Kraft ausüben zu können.
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Bei einer Ausführungsform weist die Ventilbaugruppe einen Ventilkörper auf, der zum Beispiel zumindest abschnittsweise eine hohlzylindrische Gestalt hat. Der Ventilkörper hat einen Innenraum, um einen Fluid-Einlass mit einem Fluid-Auslass der Ventilbaugruppe hydraulisch zu verbinden. Der Anker ist in dem Innenraum des Ventilkörpers angeordnet. Die Nadel oder zumindest ein Abschnitt der Nadel ist ebenfalls in dem Innenraum des Ventilkörpers angeordnet. Das Polstück ist zweckmäßigerweise an dem Ventilkörper fixiert oder ist von einem Teilbereich des Ventilkörpers gebildet, d.h. einstückig mit dem Ventilkörper ausgeführt.
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Bei einer Ausführungsform ist das Federelement radial zwischen dem Anker und dem Ventilkörper, in dem der Anker sich erstreckt, angebracht. Beispielsweise folgen in radialer Richtung von der Längsachse weg der Anker, das Federelement und der Ventilkörper in dieser Reihenfolge aufeinander. Dadurch muss der Anker nur wenig oder gar nicht verändert werden, um das Federelement in der Ventilbaugruppe anzuordnen. Der Ventilkörper ist bevorzugterweise symmetrisch zur Längsachse der Ventilnadel ausgeführt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Anschlagelement zur Begrenzung der Bewegung des Ankers in der dritten Position vorgesehen. Das Anschlagelement wird beispielsweise von dem Polstück gebildet. Das Federelement ist zwischen dem Anker und dem Anschlagelement angebracht. Insbesondere weist der Anker einen ersten Federsitz auf, an dem ein Ende des Federelements anliegt, und das Anschlagelement weist einen zweiten Federsitz auf, an dem das axial gegenüberliegende Ende des Federelements anliegt. Die Federsitze sind bevorzugt durch eine Außenfläche des Ankers bzw. des Anschlagelements gebildet. Dadurch kann das Federelement besonders leicht montierbar sein.
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Bei einer Ausführungsform ist der Anker konzentrisch, d.h. insbesondere koaxial, zur Ventilnadel angeordnet. Beispielsweise hat er eine zentrale Durchgangsöffnung, durch welche sich die Ventilnadel hindurch erstreckt.
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Bei einer Ausführungsform hat der Anker auf der radialen Außenseite eine umlaufende Aussparung zur Aufnahme des Federelements. Anders ausgedrückt hat der Anker an seiner dem Polstück zugewandten Seite eine Stufe in der von der Längsachse abgewandten Außenfläche. Die Stufe bildet den ersten Federsitz für das Federelement. Das Federelement kann so einen relativ großen Durchmesser haben. Eine relativ weiche Federkennlinie kann dadurch erzielt sein.
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Die Ventilnadel kann einen Mitnehmer zum Eingriff des Ankers aufweisen. Der Mitnehmer kann an einem Schaft der Ventilnadel angebracht sein oder einstückig mit dem Schaft ausgebildet sein. Der Mitnehmer kann vorzugsweise einen Federsitz für die Ventilfeder darstellen.
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Bei einer Ausführungsform ist das Federelement axial zwischen dem Anker und dem Mitnehmer angebracht. Insbesondere weist in diesem Fall der Anker den ersten Federsitz auf, an dem ein Ende des Federelements anliegt, und der Mitnehmer weist den zweiten Federsitz auf, an dem das axial gegenüberliegende Ende des Federelements anliegt. Die Federsitze sind bevorzugt durch eine Außenfläche des Ankers bzw. des Mitnehmers gebildet.
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Vorzugsweise stellt der Schaft der Ventilfeder eine axiale Führung für das Federelement dar. Auf diese Weise ist eine besonders gute axiale Stabilisierung des Federelements erzielbar.
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Die auf den Anker wirkende Federkraft des Federelements kann so in einem Bereich zwischen der zweiten und der dritten Position des Ankers konstant sein. Das Öffnungsverhalten der Ventilnadel kann dadurch weniger oder besser nachvollziehbar beeinflusst sein. Weiterhin kann auf diese Weise eine Nadelbaugruppe mit der Ventilnadel, dem Anker und dem mittels dem Mitnehmer vorgespannten Federelement hergestellt sein, die fertig montiert in den Ventilkörper einsetzbar ist. Auf diese Weise ist ein einfacher und kostengünstiger modularer Aufbau der Ventilbaugruppe erzielbar.
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Bei einer Ausführungsform ist der Anker konzentrisch zur Ventilnadel angeordnet und weist auf der radialen Innenseite eine umlaufende Aussparung zur Aufnahme des Federelements auf. Anders ausgedrückt hat der Anker an seiner dem Polstück zugewandten Seite eine Stufe in der der Längsachse zugewandten Außenfläche. Die der Längsachse zugewandte Außenfläche definiert insbesondere die Durchgangsöffnung des Ankers, durch welche sich die Ventilnadel hindurch erstreckt. Die Stufe bildet den ersten Federsitz für das Federelement. Das Federelement kann dadurch einen relativ geringen Durchmesser aufweisen. Eine harte Federkennlinie kann dadurch erzielt sein. Außerdem kann die Masse des Federelements so gering gehalten sein.
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Eine axiale Anlagefläche des Federelements am Mitnehmer – d.h. der zweite Federsitz – kann radial mit einer Anschlagfläche des Mitnehmers für den Anker fluchten. Mit anderen Worten sind die Anlagefläche des Federelements am Mitnehmer und die Anschlagfläche des Mitnehmers für den Anker in einer gemeinsamen, zur Längsachse senkrechten Ebene angeordnet. Eine bestehende Ventilbaugruppe kann auf diese Weise lediglich im Bereich des Ankers verändert werden, um das Federelement einsetzen zu können. Insbesondere der Mitnehmer kann unverändert bleiben.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Mitnehmer konzentrisch – d.h. insbesondere koaxial – zum Schaft der Ventilnadel angeordnet und weist auf der radialen Innenseite eine umlaufende Aussparung zur Aufnahme des Federelements auf. Durch diese Änderung an einem Mitnehmer einer Ventilbaugruppe des Standes der Technik kann auf alternative Weise Platz für die Aufnahme des Federelements geschaffen sein. Bei dieser Ausführungsform ist eine besonders sichere axiale Führung des Federelements erzielbar.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Ventilbaugruppe und des Einspritzventils ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt eines Einspritzventils für einen Verbrennungsmotor;
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2 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer Ventilbaugruppe für das Einspritzventil von 1 gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel;
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3 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer Ventilbaugruppe für das Einspritzventil von 1 gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel; und
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4 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer Ventilbaugruppe für das Einspritzventil von 1 gemäß einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Einspritzventil 100 für einen Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik. Das Einspritzventil 100 weist eine Ventilbaugruppe 105 auf. Die Ventilbaugruppe 105 steuert einen Fluss von Kraftstoff von einem Fluid-Einlass 110 zu einer Düse 115 des Einspritzventils 100. Die Düse 115 ist der Fluid-Auslass des Einspritzventils 100.
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Die Ventilbaugruppe 105 enthält einen elektromagnetischen Aktuator 120 mit einer Spule 125, einem Polstück 127 und einem beweglichen Anker 130. Fließt ein elektrischer Strom durch die Spule 125, so wird der Anker 130 zu dem Polstück 127 hin – in der Darstellung von 1 nach oben – bewegt.
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Ein abschnittsweise hohlzylindrischer Ventilkörper 160 erstreckt sich radial zwischen dem Anker 130 und der Spule 125. Dadurch ist sichergestellt, dass die Spule 125 vom Kraftstoff getrennt ist. Der Ventilkörper 160 hat eine umlaufende Seitenwand, die einen Innenraum definiert, in welchem der Anker 130 angeordnet ist. Mittels des Innenraums ist die Düse 115 – die mehrere Einspritzlöcher aufweisen kann – hydraulisch mit dem Fluid-Einlass 110 gekoppelt. Das Polstück 127 ist ortsfest zu dem Ventilkörper 160 fixiert. Insbesondere ist es vorliegend zumindest teilweise in den Innenraum angeordnet.
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Die Ventilbaugruppe 105 umfasst ferner eine Ventilnadel 135 mit einer Längsachse 140. Die Ventilnadel 135 erstreckt sich in dem Innenraum des Ventilkörpers 160 von einlass-seitigen Ende, das dem Anker 130 benachbart ist, zu einem Verschluss-Element im Bereich der Düse 115. Dabei ist die Ventilnadel 135 bei einer Ausführungsform zumindest abschnittsweise hohl um einen Fluss von Kraftstoff in Richtung der Düse 115 durch die Ventilnadel 135 zu ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Ventilnadel 135 und der Düse 115 ein Ventilsitz 150 zur Wechselwirkung mit dem Verschluss-Element vorgesehen. Vorliegend hat die Ventilnadel 135 eine Ventilkugel 145 als Verschluss-Element. Eine Ventilfeder 155 presst die Ventilnadel 135 in 1 nach unten, um die Ventilkugel 145 auf dem Ventilsitz 150 aufsitzen zu lassen und einen Kraftstofffluss durch die Ventilbaugruppe 105 zu verhindern.
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Der Anker 130 hat eine zentrale Durchgangsöffnung, durch die sich der Schaft der Ventilnadel 135 erstreckt, so dass Anker 130 und Ventilnadel 135 gegeneinander axial verschiebbar sind. Der Anker 130 ist dazu eingerichtet, in die Ventilnadel 135 einzugreifen und diese entgegen der Kraft der Ventilfeder 155 zu bewegen, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule 125 fließt. Dadurch kann die Ventilkugel 145 vom Ventilsitz 150 abgehoben werden und ein Kraftstofffluss durch die Ventilbaugruppe 155 ist ermöglicht. Bevorzugterweise ist die Ventilkugel 145 fest mit einem Schaft der Ventilnadel 135 verbunden, beispielsweise mittels Verschweißen. Anstelle der Ventilkugel 145 und dem Ventilsitz 150 können auch andere Elemente verwendet werden, um den Fluss von Kraftstoff zu steuern.
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In der dargestellten Ausführungsform ist am Schaft der Ventilnadel 135 im Bereich des Aktuators 120, stromaufwärts des Ankers 130, ein Mitnehmer 165 befestigt, um einen axialen Eingriff des Ankers 130 an der Ventilnadel 135 zu ermöglichen. Unter einem "axialen Eingriff" kann beispielsweise eine formschlüssige Kopplung zwischen einander zugewandten Flächen des Ankers 130 und des Mitnehmers 165 verstanden sein. Der Mitnehmer 165 ist beispielsweise ein an dem Schaft fixierter Ring. Bei einer alternativen Ausgestaltung kann der Mitnehmer 165 als Kragen einstückig mit dem Schaft ausgebildet sein. Ein vom Polstück 127 gebildetes Anschlagelement 170 begrenzt eine Bewegung des Ankers 130 in 1 nach oben.
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Der Anker 130 ist dazu eingerichtet, durch die magnetische Kraft der Spule 125, wenn diese von elektrischem Strom durchflossen ist, aus einer dargestellten ersten Position in einer Richtung parallel zur Längsachse 140 der Ventilnadel 135 zu dem Polstück 127 hin – in 1 nach oben – bewegt zu werden. In der ersten Position liegt der Anker 130 axial an einem Stopper 180 der Ventilnadel 135 an, der fest am Schaft der Ventilnadel 135 angebracht ist. Der Stopper 180 ist derjenigen Seite des Ankers 130 benachbart, die von dem Polstück 127 abgewandt ist. Mittels des Mitnehmers 165 und des Stoppers 180 ist die Relativbewegung des Ankers 130 bezüglich der Ventilnadel 135 in axialer Richtung begrenzt. Dabei begrenzt der Mitnehmer 165 die axiale Verlagerung des Ankers 130 relativ zur Ventilnadel 135 in Richtung zu dem Polstück 127 hin und der Stopper 180 begrenzt die axiale Verlagerung des Ankers 130 relativ zur Ventilnadel 135 in Richtung von dem Polstück 127 weg.
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Ein Abstand des Stoppers 180 zum Mitnehmer 165 definiert einen vorbestimmten Leerweg, den der Anker 130 zunächst überwinden muss, bevor er in einer zweiten Position in Eingriff mit der Ventilnadel 135 bzw. dem Anschlag 165 gerät. Von dort aus wird er weiter über einen Betätigungsweg in eine dritte Position bewegt, in der er am Anschlagelement 170 anliegt. Der Leerweg und der Betätigungsweg können die gleiche Größenordnung aufweisen und in Summe eine Strecke unter einem Millimeter betragen. Zwischen der zweiten und der dritten Position nimmt der Anker 130 die Ventilnadel 135 mit und bewegt diese von der dargestellten Schließstellung in eine Öffnungsstellung. Befindet sich der Anker 130 in der zweiten Position und liegt der Anker 130 am Mitnehmer 165 an, so liegt die Ventilnadel 135 noch in der Schließstellung. Befindet sich der Anker 130 in der dritten Position und liegt der Anker 130 am Mitnehmer 165 an, so liegt die Ventilnadel 135 in der Öffnungsstellung. Durch den Leerweg, den der Anker 130 zwischen der ersten und der zweiten Position zurücklegt, trifft er mit einer vorbestimmten kinetischen Energie in der zweiten Position auf die Ventilnadel 135 bzw. den Mitnehmer 165, sodass das Verbringen der Ventilnadel 135 in die Öffnungsstellung rascher erfolgen kann.
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Wird der elektrische Strom durch die Spule 125 abgestellt, während sich der Anker 130 in der dritten Position befindet, so drückt die Ventilfeder 155 die Ventilnadel 135 in Richtung der Schließposition und über die mechanische Wechselwirkung mittels des Mitnehmers 165 auch den Anker 130 in Richtung der zweiten Position. Um den Anker 130 aus der zweiten Position weiter in Richtung der ersten Position zu treiben, ist ein Permanentmagnet 175 vorgesehen, der in 1 unter dem Anker 130 angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Permanentmagnet 175 durch ein Federelement zu ersetzen oder zu ergänzen, wie mit Bezug auf die folgenden Figuren genauer beschrieben ist.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe 105 für das Einspritzventil 100 aus 1 gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel. Dabei ist in der Längsschnittdarstellung der 2 nur die rechte Hälfte eines Ausschnitts der Ventilbaugruppe gezeigt. Die linke Hälfte ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Ventilbaugruppe 105 ist insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer zur Ebene des Längsschnitts senkrechten Ebene, welche die Längsachse 140 enthält. Zusätzlich kann die Ventilbaugruppe 105 rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 140 sein. Die Ventilbaugruppe 105 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in Zusammenhang mit der 1 beschriebene Ventilbaugruppe 105.
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In der Darstellung der 2 befindet sich der Anker 130 in der ersten Position 205. Wird der Anker 130 in der Darstellung von 2 nach oben – in axialer Richtung zum Polstück 127 hin – bewegt, so schlägt er in der zweiten Position 210 an den Mitnehmer 165. Wird der Anker 130 weiter in 2 nach oben bewegt, so bewegt er den Mitnehmer 165 und damit auch die Ventilnadel 135 und schlägt in der dritten Position 215 gegen ein Anschlagelement 170, das beispielsweise von dem Polstück 127 gebildet ist. Es ist auch denkbar, dass das Anschlagelement 170 von dem Polstück 127 verschieden ist. Beispielsweise kann eine Distanzscheibe als Anschlagelement zwischen dem Polstück 127 und dem Anker 130 vorgesehen sein.
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Zwischen der ersten Position 205 und der zweiten Position 210 überwindet der Anker 130 einen Leerweg 220, auf dem er sich relativ zum Polstück 127 und relativ zur Ventilnadel 135 bewegt, so dass er die Ventilnadel 135 nicht beeinflusst. Dieser Leerweg 220 hat beispielsweise eine Länge zwischen 30 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 50 µm und 70 µm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind.
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Zwischen der zweiten Position 210 und der dritten Position 215 überwindet der Anker 130 einen Betätigungsweg 225, in der er die Ventilnadel 135 entgegen der Kraft der Ventilfeder 155 bewegt. Auf der Strecke zwischen der zweiten 210 und dritten Position 215 bewegen sich der Anker 130 und die Ventilnadel 135 gemeinsam in Richtung zu dem Polstück 127 hin. Der Betätigungsweg 215 hat beispielsweise eine Länge zwischen 50 µm und 150 µm, insbesondere zwischen 70 µm und 100 µm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Bei einer exemplarischen Ausgestaltung hat er eine Länge von 80 µm, bei einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung von 89 µm.
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Befindet sich der Anker 130 im Bereich zwischen der ersten Position 205 und der zweiten Position 210, so presst die Ventilfeder 155 die Ventilnadel 135 in eine Schließstellung 230. Liegt der Anker 130 in der dritten Position 215, so befindet sich die Ventilnadel 135 in einer Öffnungsstellung 235, wenn sie an dem Mitnehmer 165 anliegt. Während des Öffnungsvorgangs kann sich die Ventilnadel 135 vom Anker 130 lösen, wenn dieser in der dritten Position 215 an das Anschlagelement 170 anschlägt und sich aufgrund ihrer Trägheit in Öffnungsrichtung gegen die Kraft der Ventilfeder 135 weiter bewegen, bevor die Ventilfeder 135 den Mitnehmer 165 wieder in Eingriff mit dem Anker 130 bringt.
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Um den Anker 130 in Richtung der ersten Position 205 zu pressen, weist die Ventilbaugruppe 105 ein Federelement 240 auf. Bevorzugterweise ist das Federelement 240 durch eine Zylinderfeder gebildet, die sich koaxial zur Längsachse 140 der Ventilnadel 135 erstreckt. Alternativ kann auch beispielsweise eine Tellerfeder oder ein anderer geeigneter Federtyp als Federelement 240 verwendet werden. Das Federelement 240 übt beispielsweise eine Federkraft von maximal 3 N auf den Anker 130 aus. Bei einer exemplarischen Ausgestaltung beträgt die maximale Federkraft 2,3 N, bei einer anderen exemplarischen Ausgestaltung 2,6 N.
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In der in 2 dargestellten Variante liegt das Federelement 240 an der radialen Innenseite des Ventilkörpers 160. In radialer Richtung von der Längsachse 140 weg folgen im Bereich des Federelements 240 der Anker 130 bzw. das Anschlagelement 170 bzw. der Anker 130, das Federelement 240 und der Ventilkörper 160 in dieser Reihenfolge aufeinander. Das Federelement 240 wirkt axial zwischen dem Anker 130 und dem Anschlagelement 170, d.h. der Anker 130 hat einen ersten Federsitz, an dem ein axiales Ende des Federelements 240 anliegt, und das Anschlagelement 170 hat einen zweiten Federsitz, an dem das gegenüberliegende axiale Ende des Federelements 240 anliegt.
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Der Anker 130 ist konzentrisch zur Ventilnadel 135 angeordnet und weist an seiner radialen Außenseite eine umlaufende Aussparung 245 auf, in der ein Abschnitt des Federelements 240 liegt und welche den ersten Federsitz bildet. In entsprechender Weise weist das Anschlagelement 170 eine umlaufende Aussparung 250 auf, in der ein weiterer Abschnitt des Federelements 240 liegt und welche den zweiten Federsitz bildet. Eine der Aussparungen 245 oder 250 kann auch weggelassen werden, um einen Anker 130 bzw. einen Anschlagelement 170 einer aus dem Stand der Technik bekannten Ventilbaugruppe 105 einsetzen zu können.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe 105 für das Einspritzventil 100 aus 1 gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel. Dabei ist in der Längsschnittdarstellung der 3 wiederum nur die rechte Hälfte eines Ausschnitts der Ventilbaugruppe gezeigt. Die linke Hälfte ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Ventilbaugruppe 105 ist insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer zur Ebene des Längsschnitts senkrechten Ebene, welche die Längsachse 140 enthält. Zusätzlich kann die Ventilbaugruppe 105 rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 140 sein. Die Ventilbaugruppe 105 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in Zusammenhang mit den 1 und beschriebenen Ventilbaugruppen 105.
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Im Unterschied zu Ventilbaugruppe 105 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 240 radial vom Ventilkörper 160 beabstandet und liegt an der radialen Außenseite der Ventilnadel 135. In radialer Richtung von der Längsachse 140 weg folgen im Bereich des Federelements 240 insbesondere der Schaft der Ventilnadel 135, das Federelement 240 und der Anker 130 in dieser Reihenfolge aufeinander. Ein Abschnitt des Federelements 240 erstreckt sich in eine Aussparung 245 des Ankers 130, wobei sich die Aussparung 245 an dessen radialer Innenseite befindet. Eine weitere umlaufende Aussparung 305 an der radialen Innenseite des Mitnehmers 165 nimmt einen weiteren axialen Abschnitt des Federelements 240 auf, so dass in radialer Richtung von der Längsachse 140 weg im Bereich des Federelements 240 insbesondere der Schaft der Ventilnadel 135, das Federelement 240 und der Mitnehmer 165 in dieser Reihenfolge aufeinander folgen. Das Federelement 240 wirkt in axialer Richtung zwischen dem Mitnehmer 165 und dem Anker 130. Der erste Federsitz ist dabei von der Aussparung 245 des Ankers 130 gebildet. Der zweite Federsitz ist von der Aussparung 305 des Mitnehmers 165 gebildet. Der Schaft der Ventilnadel 135 bildet eine axiale Führung für das als Schraubenfeder ausgeführte Federelement 240.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe 105 für das Einspritzventil 100 aus 1 gemäß einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel. Dabei ist in der Längsschnittdarstellung der 3 wiederum nur die rechte Hälfte eines Ausschnitts der Ventilbaugruppe gezeigt. Die linke Hälfte ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Die Ventilbaugruppe 105 ist insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer zur Ebene des Längsschnitts senkrechten Ebene, welche die Längsachse 140 enthält. Zusätzlich kann die Ventilbaugruppe 105 rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 140 sein.
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Die Ventilbaugruppe 105 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Ventilbaugruppe 105 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Vorliegend ist der Mitnehmer 165 jedoch ohne die umlaufende Aussparung 305 ausgebildet, so dass eine Anlagefläche 410 des Federelements 240 am Mitnehmer 165 – d.h. der zweite Federsitz – in radialer Richtung mit einer Anschlagfläche des Mitnehmers 165 für den Anker 130 fluchtet. d.h. die Anlagefläche 410 und die Anschlagfläche sind in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Längsachse enthalten. Liegt der Anker 130 am Mitnehmer 165 an, so ist das Federelement 240 vollständig in der Aussparung 245 des Ankers 130 aufgenommen.
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In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Aussparung 305 der mit Bezug auf 3 beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sein, während die Aussparung 245 des Ankers 130 fehlt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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