DE102013223530A1

DE102013223530A1 - Ventil zum Zumessen von Fluid

Info

Publication number: DE102013223530A1
Application number: DE102013223530.5A
Authority: DE
Inventors: Ralf Kromer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-05-21
Also published as: WO2015074927A1

Abstract

Es wird ein Ventil zum Zumessen von Fluid angegeben, das ein eine Zumessöffnung steuerndes Ventilglied (14), einen das Ventilglied (14) betätigenden Anker (22) eines Elektromagneten (16) mit einem einen Innenpol (23) darstellenden Magnetkern (24), einer dazu konzentrisch angeordneten Magnetspule (26) und einem Außenpol (27) sowie einen einen Teil des Außenpols (27) bildenden Ventilkörper (18) und ein amagnetisches Zwischenteil aufweist, das jeweils mit Ventilkörper (18) und Magnetkern (24) stoffschlüssig verbunden ist. Zur Erzielung einer kostengünstigen Fertigung bei hoher mechanischer Festigkeit der Verbindung von Magnetkern (24) und Ventilkörper (18) ist am Ventilkörper (18) ein hohlzylindrischer Stutzen (182) konzentrisch angeformt, der den Magnetkern (24) übergreift, und das Zwischenteil als zylindrische Hülse (31) ausgebildet, die zwischen Stutzen (182) und Magnetkern (24) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende, übergeordnete Begriff Fluid wird hier in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet.
Ein bekanntes elektromagnetisch betätigbares Ventil ( DE 195 03 821 A1 in Verbindung mit DE 40 03 227 C1 ) weist einen hohlzylindrischen Ventilkörper, der mit einem mindestens eine Abspritzöffnung enthaltenden Ventilsitzkörper abgeschlossen ist, eine die Abspritzöffnung über einen Schließkopf steuernde Ventilnadel und einen Elektromagneten zum Betätigen der Ventilnadel auf. Der Elektromagnet weist einen hohlzylindrischen Magnetkern als Innenpol, eine auf dem Magnetkern sitzende Magnetspule, einen auf der Ventilnadel befestigten Anker, der im Ventilkörper aufgenommen ist und mit der ringförmigen Stirnseite des Magnetkerns einen Arbeitsluftspalt begrenzt, und ein die Magnetspule überspannendes, bügelartiges magnetisches Leitelement auf, das unterhalb der Magnetspule mit dem Ventilkörper und oberhalb der Magnetspule mit dem Magnetkern verbunden ist und zusammen mit dem Ventilkörper den Außenpol des Elektromagneten bildet. Ventilkörper und Magnetkern sind über ein Zwischenteil fest miteinander verbunden, das zur Vermeidung eines den Anker überbrückenden, magnetischen Kurzschlusses amagnetisch ist. Das Zwischenteil ist als im Durchmesser gestuftes Rohrstück ausgeführt, das mit einem durchmesserkleineren Rohrabschnitt einen im Außendurchmesser reduzierten Abschnitt des Magnetkerns und mit einem durchmessergrößeren Rohrabschnitt einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt des Ventilkörpers übergreift und mit seiner zwischen den beiden Rohrabschnitten ausgebildeten Ringschulter auf der ringförmigen Stirnfläche des Ventilkörpers aufliegt. Ein an der Ringschulter nach Innen vorspringender Bund dient zur Führung des Ankers. Das gestufte Rohrstück ist im Bereich des durchmesserkleineren Rohrabschnitts auf dem Magnetkern und im Bereich des durchmessergrößeren Rohrabschnitts auf dem Ventilkörper verschweißt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zu Zumessen von Fluid mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die konstruktive Vereinfachung des Ventilkörper und Magnetkern verbindenden, amagnetischen Zwischenteils zu einer einfachen zylindrischen Hülse aus einem magnetisch nicht oder nur schlecht leitenden Werkstoff eine kostengünstigere Fertigung des Ventils bei hoher mechanischer Festigkeit erzielt wird. Die im Vergleich zum Magnetkern recht dünnwandige Hülse erleichtert beim Einpressen der Hülse in den Stutzen des Ventilkörpers und beim Einpressen des Magnetkerns in die Hülse die Herstellung einer radialen Pressspannung, wodurch die stoffschlüssigen Verbindungen zwischen de Bauteilen wirkungsvoll entlastet werden. Der hohlzylindrische, konzentrische Stutzen zum Übergreifen des Innenpols kann bei der Fertigung des Ventilkörpers als Rotationsteil einfach abgestochen werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die stoffschlüssige Verbindung zum Magnetkern am freien Stirnende der Hülse und die stoffschlüssige Verbindung zum Ventilkörper im Stutzen hergestellt, wobei vorzugsweise die Herstellung durch Laserschweißen erfolgt. Die Hülse sitzt auf einem im Außendurchmesser reduzierten Endabschnitt des Magnetkerns, der einen von der den Arbeitsluftspalt begrenzenden Stirnfläche des Magnetkerns ausgehenden Endbereich mit einem gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse wenig kleineren Außendurchmesser aufweist, und die Wandstärke der Hülse ist so bemessen, dass sich zwischen Magnetkern und Stutzen eine radiale Pressspannung einstellt. Dadurch, dass die im Vergleich zum Magnetkern dünnwandige Hülse im Endbereich des im Durchmesser reduzierten Magnetkern-Endabschnitts einen axialen Spalt zum Magnetkern hat, kann die elastische Pressung zwischen den Bauteilen erhöht werden, was die Druckfestigkeit der außerhalb des Endbereichs im Endabschnitt des Magnetkerns hergestellten Schweißnaht zwischen Stutzen und Hülse erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hülsenaußenmantel bündig mit dem Außenmantel des Magnetkerns. Dadurch fluchtet die Innenwand des Stutzens am Ventilkörper mit dem Außenmantel der Hülse, und der Stutzen kann insbesondere bei auf im Ventilglied befestigten Anker zur Führung von Anker und Ventilglied herangezogen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht die Hülse geringfügig über die den Arbeitsluftspalt begrenzende Stirnfläche des Magnetkerns vor. Der geringe Überstand der amagnetischen Hülse über die Magnetkern-Stirnfläche reduziert das magnetische Kleben des Ankers am Innenpol und verbessert die Schließdynamik des Ventils.
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 Ventils zum Zumessen von Fluid,
2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in 1.
Das in 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen von Fluid wird bevorzugt als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Kraftstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Es kann jedoch auch in Gasmotoren oder in Heizungsanlagen zum dosierten Zumessen von fluidem Brennstoff oder als Dosierventil zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zwecks Reduzierung von Stickoxiden im Abgas Verwendung finden.
Das Ventil weist eine in einem Ventilsitzkörper 11 ausgebildete, von einem Ventilsitz 12 umschlossene Zumessöffnung 13, ein die Zumessöffnung 13 steuerndes Ventilglied 14 sowie zur Bestätigung des Ventilglieds 14 eine Ventilschließfeder 15 und einen Elektromagneten 16 auf. Der Ventilsitzkörper 11 schließt endseitig einen hülsenförmigen Ventilsitzträger 17 ab, der mit einem hohlen Ventilkörper 18 fest verbunden ist, z.B. durch eine Schweißnaht 19. Das Ventilglied 14 weist eine Ventilnadel 20 und einen am Ende der Ventilnadel 20 fest angeordneten Schließkopf 21 auf, der zum Schließen und Freigeben der Zumessöffnung 13 mit dem Ventilsitz 12 zusammenwirkt, wobei der Schließkopf 21 im Ventilsitzkörper 11 verschieblich geführt ist und von der an der Ventilnadel 20 angreifenden Ventilschließfeder 15 auf dem Ventilsitz 12 aufgepresst wird. Der Elektromagnet 16 weist einen auf die Ventilnadel 20 gegen die Schließkraft der Ventilschließfeder 15 wirkenden Anker 22, der im Ventilkörper 11 aufgenommen ist, einen zum Anker 22 koaxial angeordneten, einen Innenpol 23 im Magnetkreis des Elektromagneten 16 darstellenden, hohlzylindrischen Magnetkern 24, der mit dem Anker 22 einen Arbeitsluftspalt 25 begrenzt, eine zum Magnetkern 24 konzentrisch angeordnete Magnetspule 26 und einen den Magnetkreis des Elektromagneten 16 schließenden Außenpol 27 auf. An den Ventilkörper 18 ist ein Radialflansch 181 einstückig angeformt, auf dem die Magnetspule 26 aufsitzt und eine die Magnetspule 26 umschließende Magnethülse 28 befestigt, z.B. verschweißt ist. Die Magnethülse 28 ist an ihrem ventilkörperfernen Hülsenende über ein magnetisches Rückschlussjoch 29 mit dem Magnetkern 24 verbunden. Magnethülse 28 und Ventilkörper 18 bilden den Außenpol 27 des Elektromagneten 16. Innenpol 23 und Außenpol 27 sind mechanisch fest miteinander verbunden. Zur Vermeidung eines am Anker 22 vorbeiführenden magnetischen Kurzschlusses ist die Verbindung beider mit einem amagnetischen Zwischenteil 30 hergestellt.
Das Zwischenteil 30 ist als zylindrische Hülse 31 aus einem magnetisch nicht oder nur schlecht leitenden Werkstoff ausgeführt, die auf einem im Außendurchmesser reduzierten Abschnitt 241 des Magnetkerns 24 aufgeschoben ist. Der Außendurchmesser des Abschnitts 241 ist so gewählt, dass der Außenmantel der Hülse 31 mit dem Außenmantel des Magnetkerns 24 fluchtet. In einem vom Arbeitsluftspalt 25 ausgehenden Endbereich 241a weist der Endabschnitt 241 einen Außendurchmesser auf, der wenig kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 31 ist, so dass zwischen Magnetkern 24 und Hülse 31 ein kleiner axialer Spalt 43 vorhanden ist. Der Ventilkörper 11 besitzt einen einstückig angeformten, vom Radialflansch 181 axial vorspringenden, konzentrischen, hohlzylindrischen Stutzen 182, der den Magnetkern 24 mit aufgesetzter Hülse 31 übergreift. Die Wandstärke der Hülse 31 ist so bemessen, dass sich zwischen Magnetkern 24 und Stutzen 182 eine radiale Pressspannung einstellt. Die axiale Länge der Hülse 31 ist so bemessen, dass die Hülse 31 geringfügig über die den Arbeitsluftspalt 25 begrenzende Stirnfläche des Magnetkerns 24 übersteht. Die Hülse 31 ist einerseits an ihrem ankerfernen Hülsenende mit dem Magnetkern 24 und andererseits mit dem Stutzen 182 jeweils stoffschlüssig verbunden, wobei die beiden Verbindungen vorzugsweise mittels Laserschweißen hergestellt sind. Die umlaufenden Schweißnähte sind in 2 mit 41 und 42 gekennzeichnet. Die Stutzen 182 und Hülse 31 verbindende Schweißnaht 42 liegt dabei außerhalb des Endbereichs 241a des im Durchmesser reduzierten Endabschnitts 241 des Magnetkerns 24, also in einem Hülsenabschnitt, der nicht den axialen Spalt 43 zum Magnetkern 24 begrenzt.
Der Anker 22 kann fest auf der Ventilnadel 20 oder – wie im dargestellten Ausführungsbeispiel – auf der Ventilnadel 20 relativ verschieblich angeordnet sein, so dass er zur Verbesserung der Öffnungsdynamik des Ventils bei Bestromung des Elektromagneten 16 einen Freiweg 32 ausführen kann, ohne die Ventilnadel 20 mitzuführen. Der Freiweg 32 ist durch einen Ankeranschlag 33 und einen Mitnehmer 34, die auf voneinander abgekehrten Seiten des Ankers 22 auf der Ventilnadel 20 fest angeordnet sind, festgelegt. Eine am Mitnehmer 34 und am Anker 22 sich abstützende Vorhubfeder 35 drückt den Anker 22 bei unbestromtem Elektromagneten 16 an den Ankeranschlag 33 an.
Auf den Magnetkern 24 ist ein Anschlussstutzen 35 zum Zuführen von Fluid koaxial aufgesetzt, und Anschlussstutzen 35 und Magnetkern 24 sind über eine Kunststoffummantelung 36 fest miteinander verbunden. Die Kunststoffummantelung 36 umschließt auch einen elektrischen Anschlussstecker 37, der elektrisch mit der Magnetspule 26 verbunden ist. In Anschlussstutzen 35 und Magnetkern 24 ist ein Filter 38 eingesetzt, der zugleich als Einstellmittel für die Schließkraft der im hohlen Magnetkern 24 aufgenommenen Ventilschließfeder 15 dient, die sich einerseits am Mitnehmer 34 und andererseits am Filter 38 abstützt. Der Anker 22 weist mindestens einen Durchflusskanal 39 für das Fluid auf, so dass das über den Anschlussstutzen 35 einströmende Fluid über den Filter 38, den hohlen Magnetkern 24, den mindestens einen Durchflusskanal 39 in eine dem Ventilsitzkörper 17 vorgelagerten Ventilkammer 40 im Ventilsitzträger 17 gelangen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19503821 A1 [0002]
DE 4003227 C1 [0002]

Claims

Ventil zum Zumessen von Fluid, mit einem eine Zumessöffnung (13) steuernden Ventilglied (14), mit einem das Ventilglied (14) betätigenden Anker (22) eines Elektromagneten (16), der einen mit dem Anker (22) einen Arbeitsluftspalt (25) einschließenden, in einem Magnetkreis des Elektromagneten (16) einen Innenpol (23) bildenden, hohlen Magnetkern (24), eine dazu konzentrisch angeordnete Magnetspule (26) und einen den Magnetkern (24) über Anker (22) und Magnetkern (24) schließenden Außenpol (27) aufweist, mit einem den Anker (22) aufnehmenden Ventilkörper (18), der einen Teil des Außenpols (27) bildet, und mit einem Ventilkörper (18) und Magnetkern (24) verbindenden, amagnetischen Zwischenteil (30), das jeweils zum Ventilkörper (18) und Magnetkern (24) eine stoffschlüssige Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18) mit einem hohlzylindrischen Stutzen (182) den Magnetkern (24) übergreift und das amagnetische Zwischenteil (30) als eine zwischen Stutzen (182) und Magnetkern (24) angeordnete, zylindrische Hülse (31) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung der Hülse (31) zum Magnetkern (24) am ankerfernen Stirnende der Hülse (31) und zum Ventilkörper (18) im Stutzen (182) hergestellt ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssigen Verbindungen durch Laserschweißen realisiert sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) auf einem im Außendurchmesser reduzierten Endabschnitt (241) des Magnetkerns (24) sitzt, der einen von der den Arbeitsluftspalt (25) begrenzenden Stirnfläche des Magnetkerns (24) ausgehenden Endbereich (241a) mit einem gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse (31) wenig kleineren Außendurchmessfweist, und dass die Wandstärke der Hülse (31) so bemessen ist, dass sier auch zwischen Magnetkern (24) und Stutzen (182) eine radiale Pressspannung einstellt.
Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung von Stutzen (182) und Hülse (31) außerhalb des Endbereichs (241a) im Endabschnitt (241) des Magnetkerns (24) liegt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) geringfügig über die den Arbeitsluftspalt (25) begrenzende Stirnfläche des Magnetkerns (24) übersteht.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (31) aus einem magnetisch nicht oder nur schlecht leitendem Werkstoff gefertigt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (182) einstückig mit dem Ventilkörper (18) und konzentrisch am Ventilkörper (18) ausgeformt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18) einen vom Stutzen (182) nach außen abstehenden Radialflansch (181) aufweist, auf dem die Magnetspule (26) aufsitzt, und dass auf dem Radialflansch (181) eine die Magnetspule (26) konzentrisch umgebende Magnethülse (28) befestigt ist, die einen weiteren Teil des Außenpols (27) bildet und an dem vom Radialflansch (181) abgekehrten Hülsenende über ein magnetisches Rückschlussjoch (29) mit dem Magnetkern (24) verbunden ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Magnetkern (24) ein Anschlussstutzen (35) zum Zuführen von Fluid koaxial aufsitzt und Anschlussstutzen (35) und Magnetkern (24) über eine Kunststoffummantelung (36) miteinander verbunden sind und dass der Anker (22) mindestens einen Durchflusskanal (39) für das Fluid aufweist und der Ventilkörper (18) mit einem rohrförmigen Ventilsitzträger (17) verbunden ist, der mit einem die Zumessöffnung (13) und einen diese umschließenden, mit dem Ventilglied (14) zusammenwirkenden Ventilsitz (12) aufweisenden Ventilsitzkörper (11) abgeschlossen ist.