DE102014200339A1

DE102014200339A1 - Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil

Info

Publication number: DE102014200339A1
Application number: DE102014200339.3A
Authority: DE
Inventors: Achim Meisiek; Stefan Kolb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend einen Magnetaktor (1) mit einer ringförmigen Magnetspule (2) zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker (3) und einem Polkern (4), der gemeinsam mit dem Anker (3) einen Arbeitsluftspalt (5) begrenzt. Erfindungsgemäß ist ein dem Anker (3) zugewandter Endabschnitt des Polkerns (4) in einer Hülse (6) aufgenommen und mit dieser über eine Schweißnaht (7) verbunden, wobei der Polkern (4) zur Entlastung der Schweißnaht (7) in Richtung des Ankers (3) axial vorgespannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein gattungsgemäßes elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil umfasst einen Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker und einem Polkern, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Bei Bestromung der Magnetspule wird diese von einem Erregerstrom durchflossen und bildet ein Magnetfeld aus. Infolgedessen bewegt sich der Anker relativ zur Magnetspule, um den Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und dem Polkern zu schließen. Beim Schließen des Arbeitsluftspalts schlägt der Anker gegen den Polkern. Die hierbei entstehende Impulskraft wird über Bauteile, die mit dem Polkern verbunden sind, auf ein Pumpengehäuse übertragen, in welches das Saugventil eingesetzt ist. Die Impulskraft kann hohe Werte annehmen und über die Lebensdauer zu einem Versagen der Bauteilverbindungen und/oder Dichtungen führen. Die Folge können Undichtigkeiten und/oder der Funktionsverlust des Saugventils sein.
Aus der DE 10 2011 052 526 A1 ist eine elektromagnetische Ventilvorrichtung mit einer Ankereinheit bekannt, die bei Bestromung einer stationären Spuleneinheit relativ in Bezug auf eine stationäre Kerneinheit bewegbar ist. Dabei kommt es zum Anschlagen der Ankereinheit an der Kerneinheit. Um den Anschlag der Ankereinheit an der Kerneinheit zu dämpfen, weist die Ankereinheit Puffer- und/oder Dämpfungsmittel auf, die ein Elastomer-Element zur Dämpfung der Anschlag- bzw. Aufprallenergie umfassen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil anzugeben, das eine hohe Lebensdauer besitzt. Insbesondere sollen die negativen Auswirkungen der Impulskraft des am Polkern anschlagenden Ankers gemindert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventil ist erfindungsgemäß ein dem Anker zugewandter Endabschnitt des Polkerns in einer Hülse aufgenommen und mit dieser über eine Schweißnaht verbunden, wobei der Polkern zur Entlastung der Schweißnaht in Richtung des Ankers axial vorgespannt ist. Um die Schweißnaht zu entlasten, ist die Vorspannrichtung der Kraftrichtung der Impulskraft des am Polkern anschlagenden Ankers entgegengesetzt. Dadurch reduziert sich die Belastung der Schweißnaht entsprechend dem Betrag der axialen Vorspannung und die Robustheit wird gesteigert. Die Entlastung der Schweißnaht trägt somit zur Erhöhung der Lebensdauer des Saugventils bei.
Bevorzugt dichtet die Schweißnaht einen Ringspalt zwischen der Hülse und dem Polkern ab. Die vorgeschlagene Entlastung der Schweißnaht fördert demnach eine dauerhafte Dichtigkeit des Ringspalts. Weiterhin bevorzugt ist die Schweißnaht in einem Überlappungsbereich der Hülse mit dem Polkern gesetzt, so dass die Schweißnaht einen Radialspalt schließt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine zur axialen Vorspannung des Polkerns erforderliche Axialkraft über eine Druckplatte aufgebracht. Die Druckplatte ist hierzu an dem Polkern abgestützt und mit einem Gehäuseteil des Saugventils kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Aufgrund der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung der Druckplatte mit dem Gehäuseteil kann dieses als eine Art Spann- oder Überwurfmutter eingesetzt werden.
Beispielsweise kann eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Druckplatte mit dem Gehäuseteil über eine Steck-, Klemm-, Rast-, Press- oder Schraubverbindung hergestellt sein. Vorzugsweise wird ein Formschluss über eine Schraubverbindung erreicht. Diese ist bei Bedarf in einfacher Weise wieder lösbar.
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass eine formschlüssige Verbindung der Druckplatte mit dem Gehäuseteil durch ein Außengewinde der Druckplatte und ein Innengewinde des Gehäuseteils hergestellt ist. Über das Außengewinde vermag sich die Druckplatte in axialer Richtung an dem Innengewinde des Gehäuseteils abzustützen, so dass hohe Anzugsmomente und damit hohe Axialkräfte erreichbar sind. Ferner kann über die Schraubverbindung das Anzugsmoment genau eingestellt bzw. bei Bedarf verändert werden.
Vorteilhafterweise besitzt die Druckplatte im Bereich einer dem Anker abgewandten Stirnfläche eine Geometrie in Form wenigstens einer Ausnehmung oder eines Ansatzes zum Ein- oder Ansetzen eines Werkzeugs. Mittels des Werkzeuges kann die Druckplatte gegenüber dem Gehäuseteil verdreht werden, um beispielsweise das Anzugsmoment zu erhöhen oder abzusenken. Um einen Formschluss des Werkzeuges mit der Geometrie der Druckplatte in Drehrichtung zu bewirken, ist vorzugsweise der Ansatz als Mehrkant, insbesondere Sechskant, ausgebildet. Sofern die Geometrie wenigstens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Werkzeugs umfasst, ist die Ausnehmung bevorzugt exzentrisch angeordnet. Weiterhin bevorzugt sind mindestens zwei solcher Ausnehmungen vorgesehen.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass eine formschlüssige Verbindung der Druckplatte mit dem Gehäuseteil durch zumindest teilweises Umformen eines Kragenabschnitts des Gehäuseteils hergestellt ist. Der zumindest teilweise umgeformte Kragenabschnitt des Gehäuseteils umgreift die Druckplatte und bewirkt auf diese Weise den Formschluss. Das Umformen kann beispielsweise durch Prägen oder Bördeln erfolgen. Eine beim Umformen aufgebrachte Axialkraft kann zur axialen Vorspannung der Druckplatte genutzt werden. Der Formschluss stellt sicher, dass die Druckplatte verliersicher im Gehäuseteil gehalten ist.
Weiterhin bevorzugt ist der Polkern über die Hülse mit einer Ventilschraube verbunden. Die Ventilschraube dient der Fixierung des Saugventils in einer Aufnahmebohrung eines Pumpengehäuses. Vorzugsweise ist eine Verbindung der Hülse mit der Ventilschraube über eine Schweißnaht hergestellt. Auch diese Schweißnaht wird durch die axiale Vorspannung des Polkerns entlastet, so dass über die Schweißnaht eine dauerhafte Abdichtung des Ringspalts zwischen der Hülse und der Ventilschraube erzielbar ist. Die Schweißnaht ist auch hier wiederum bevorzugt im Bereich einer Überlappung gesetzt.
Dem Prinzip einer Spann- oder Überwurfmutter folgend ist das Gehäuseteil mit der Ventilschraube kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist das Gehäuseteil auf die Ventilschraube aufgepresst. Der feste Sitz des Gehäuseteils auf der Ventilschraube stellt eine Voraussetzung für die zur axialen Vorspannung des Polkerns aufzubringende Axialkraft dar. Dies gilt insbesondere, wenn die Ventilschraube als Widerlager dienen soll.
Das vorzugsweise mit der Druckplatte und der Ventilschraube verbundene Gehäuseteil nimmt weiterhin vorzugsweise die Magnetspule auf. Zur Aufnahme der Spule ist das Gehäuseteil daher idealerweise hülsenförmig ausgebildet. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Gehäuseteil eine Kunststoff-Umspritzung zur Ausbildung eines Anschlussteils besitzt. Das Anschlussteil kann insbesondere als Stutzen ausgeführt sein, der elektrische Anschlussdrähte aufnimmt und zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule mit einem entsprechenden Steckerteil verbindbar ist. Die Kunstsoff-Umspritzung füllt vorzugsweise den Hohlraum zwischen dem Gehäuseteil und der Magnetspule aus, so dass die Magnetspule trocken im Gehäuseteil aufgenommen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Anker zum Öffnen des Saugventils mit einem Ventilschließelement koppelbar und in Richtung des Ventilschließelements von der Druckkraft einer Feder beaufschlagt. Die Druckkraft der Feder ist dabei vorzugsweise größer als die einer das Ventilschließelement in Schließrichtung beaufschlagenden Feder gewählt. Die den Anker beaufschlagende Feder drückt demnach bei unbestromter Spule den Anker in Richtung des Ventilschließelements, so dass die Federkraft der den Anker beaufschlagenden Feder das Saugventil – entgegen der Federkraft der das Ventilschließelement beaufschlagenden Feder – offen hält. Wird nunmehr die Magnetspule bestromt, bewegt sich der Anker von dem Ventilschließelement weg in Richtung der Spule. Dadurch vermag die das Ventilschließelement beaufschlagende Feder das Ventilschließelement in seinen Sitz zu ziehen und das Saugventil zu schließen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei unbestromter Magnetspule,
2 das Saugventil der 1 bei bestromter Magnetspule,
3 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des Magnetaktors,
4 eine perspektivische Darstellung des Saugventils der 1,
5 eine perspektivische Darstellung einer Modifikation des Saugventils der 1,
6 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
7 eine perspektivische Darstellung des Saugventils der 6.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der 1 ist ein in eine Aufnahmebohrung 16 eines Pumpengehäuses 17 einer Hochdruckpumpe eingesetztes Saugventil zu entnehmen, das einen Pumpenarbeitsraum 24 in axialer Richtung begrenzt. Während der Saugphase der Hochdruckpumpe öffnet das Saugventil in den Pumpenarbeitsraum 24 hinein und füllt diesen mit Kraftstoff. In der Förderphase der Hochdruckpumpe wird über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens 25 der im Pumpenarbeitsraum 24 vorhandene Kraftstoff verdichtet und über einen Hochdruckabgang 26 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
Zur Aufnahme des Saugventils ist in der Aufnahmebohrung 16 des Pumpengehäuses 17 ein ringförmiger Absatz 27 ausgebildet, an dem ein Ventilkörper 28 des Saugventils abgestützt ist. Der Ventilkörper 28 weist eine Axialbohrung 29 auf, in welcher ein Ventilschließelement 21 hubbeweglich aufgenommen ist. Bewegt sich das Ventilschließelement 21 in den Pumpenarbeitsraum 24 hinein, strömt Kraftstoff über wenigstens eine Radialbohrung 30 an dem Ventilschließelement 21 vorbei in den Pumpenarbeitsraum 24. Das Öffnen des Ventilschließelements 21 erfolgt entgegen der Federkraft einer Feder 23, die einerseits an dem Ventilschließelement 21 und andererseits an dem Ventilkörper 28 abgestützt ist. Die hierzu erforderliche Kraft wird durch einen Magnetaktor 1 aufgebracht, der hierzu mit einem hubbeweglichen Anker 3 zusammenwirkt. Der Anker 3, der in Richtung des Ventilschließelements 21 von der Federkraft einer Feder 22 beaufschlagt ist, die größer als die der Feder 23 ist, ist mit dem Ventilschließelement 21 durch Kontakt mechanisch gekoppelt. Auf diese Weise hält die Federkraft der Feder 22 das Ventilschließelement 21 offen. Wird jedoch eine Magnetspule 2 des Magnetaktors 1 bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, das den Anker 3 – entgegen der Federkraft der Feder 22 – in Richtung eines Polkerns 4 zieht. Denn der Anker 3 ist bestrebt, einen zwischen ihm und dem Polkern 4 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 5 zu schließen. Mit Schließen des Arbeitsluftspalts 5 schlägt der Anker 3 am Polkern 4 an. Dies führt zu einer in den Polkern 4 eingeleiteten Impulskraft, die über eine erste Schweißnaht 7, welche den Polkern 4 mit einer Hülse 6 verbindet, und eine zweite Schweißnaht 18, welche die Hülse 6 mit einer Ventilschraube 15 verbindet, auf das Pumpengehäuse 17 übertragen wird (siehe 2, Pfeil 31). Hierbei werden die Schweißnähte 7, 18 einer nicht unerheblichen Belastung ausgesetzt, so dass die Gefahr einer Beschädigung besteht. Um dies zu verhindern, ist bei einem erfindungsgemäßen Saugventil der Polkern 4 in Richtung des Ankers 3 axial vorgespannt. Die axiale Vorspannung kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden.
Bei der Ausführungsform der 1 und 2 wird die zur axialen Vorspannung erforderliche Axialkraft über eine Druckplatte 8 aufgebracht, die auf der dem Anker 3 abgewandten Seite am Polkern 4 abgestützt ist. Die Druckplatte 8 ist mit einem Gehäuseteil 9 verschraubt, in welchem die Magnetspule 2 aufgenommen ist. Zur Herstellung der Schraubverbindung weisen die Druckplatte ein Außengewinde 10 und das Gehäuseteil 9 ein Innengewinde 11 auf. Das Gehäuseteil 9 ist ferner auf die Ventilschraube 15 aufgepresst (siehe 3). Zum Aufbringen der Axialkraft wird die Schraubverbindung zwischen der Druckplatte 8 und dem Gehäuseteil 9 weiter angezogen, indem die Druckplatte 8 gegenüber dem Gehäuseteil 9 verdreht wird. Das Verdrehen erfolgt mittels eine nicht näher dargestellten Werkzeugs, das hierbei mit einer Geometrie 13 im Bereich einer Stirnfläche 12 der Druckplatte 8 zusammenwirkt. Die Geometrie 13 kann beispielsweise wenigstens eine Ausnehmung 13.1 (siehe 4) oder ein Ansatz 13.2 (siehe 5), beispielsweise in Form eines Sechskants sein. Durch Aufbringen der Axialkraft, welche der Impulskraft des Ankers beim Aufschlagen am Polkern entgegen gesetzt ist, werden die Schweißnähte 7, 18 entlastet.
In den 6 und 7 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt. Hier wird die Axialkraft durch Umformen eines Kragenabschnitts 4 des Gehäuseteils 9 hergestellt. Der Kragenabschnitt 14 weist Zungen 32 auf, die um die Druckplatte 8 herum gebogen sind und auf diese Weise einen Formschluss bewirken. Über die Kraft beim Umformen kann zudem die erforderliche Axialkraft auf den Polkern 4 aufgebracht werden.
Das Gehäuseteil 9 weist in den dargestellten Ausführungsformen der 1 bis 7 ferner eine Kunstsoff-Umspritzung 20 zur Ausbildung eines Anschlussteils 19 auf, das mit einem Steckerteil (nicht dargestellt) zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule 2 verbindbar ist. Die Kunstsoff-Umspritzung füllt zudem einen Hohlraum zwischen der Spule 2 und dem Gehäuseteil 9 aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011052526 A1 [0003]

Claims

Elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsytems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend einen Magnetaktor (1) mit einer ringförmigen Magnetspule (2) zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker (3) und einem Polkern (4), der gemeinsam mit dem Anker (3) einen Arbeitsluftspalt (5) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Anker (3) zugewandter Endabschnitt des Polkerns (4) in einer Hülse (6) aufgenommen und mit dieser über eine Schweißnaht (7) verbunden ist, wobei der Polkern (4) zur Entlastung der Schweißnaht (7) in Richtung des Ankers (3) axial vorgespannt ist.
Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur axialen Vorspannung des Polkerns (4) erforderliche Axialkraft über eine Druckplatte (8) aufgebracht wird, die an dem Polkern (4) abgestützt und mit einem Gehäuseteil (9) des Saugventils kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist.
Saugventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Druckplatte (8) mit dem Gehäuseteil (9) über eine Steck-, Klemm-, Rast-, Press- oder Schraubverbindung hergestellt ist.
Saugventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssige Verbindung der Druckplatte (8) mit dem Gehäuseteil (9) durch ein Außengewinde (10) der Druckplatte (8) und ein Innengewinde (11) des Gehäuseteils (9) hergestellt ist.
Saugventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (8) im Bereich einer dem Anker (3) abgewandten Stirnfläche (12) eine Geometrie (13) in Form wenigstens einer Ausnehmung (13.1) oder eines Ansatzes (13.2) zum Ein- oder Ansetzen eines Werkzeugs besitzt.
Saugventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssige Verbindung der Druckplatte (8) mit dem Gehäuseteil (9) durch zumindest teilweises Umformen eines Kragenabschnitts (14) des Gehäuseteils (9) hergestellt ist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (4) über die Hülse (6) mit einer Ventilschraube (15) verbunden ist, mittels welcher das Saugventil in einer Aufnahmebohrung (16) eines Pumpengehäuses (17) fixierbar ist, wobei vorzugsweise eine Verbindung der Hülse (6) mit der Ventilschraube (15) über eine Schweißnaht (18) hergestellt ist.
Saugventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (9) mit der Ventilschraube (15) kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, wobei vorzugsweise das Gehäuseteil (9) auf die Ventilschraube (15) aufgepresst ist.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuseteil (9) die Magnetspule (2) aufnimmt und/oder zur Ausbildung eines Anschlussteils (19) eine Kunststoff-Umspritzung (20) besitzt.
Saugventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) zum Öffnen des Saugventils mit einem Ventilschließelement (21) koppelbar und in Richtung des Ventilschließelements (21) von der Druckkraft einer Feder (22) beaufschlagt ist, wobei vorzugsweise die Druckkraft der Feder (22) größer als die einer das Ventilschließelement (21) in Schließrichtung beaufschlagenden Feder (23) ist.