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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Einlassventil für eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 027 745 A1 ist eine Hochdruckpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen bekannt, welche ein elektromagnetisch ansteuerbares Einlassventil zur Versorgung eines Pumpenarbeitsraums mit Brennstoff besitzt. Das Einlassventil ist hierzu in einen Zylinderkopf der Hochdruckpumpe integriert, in dem auch der Pumpenarbeitsraum ausgebildet ist. Das Einlassventil umfasst eine Magnetspule und einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden Tauchanker zur Betätigung eines hubbeweglichen Ventilstößels. Bei stromlos geschalteter Magnetspule ist das Einlassventil vorzugsweise geschlossen. Wird die Magnetspule bestromt, bewirkt die Magnetkraft einen Hub des Tauchankers, wobei der Tauchanker den Ventilstößel mitführt, so dass das Einlassventil öffnet. Der Hub des Ankers wird dabei durch eine Einstellscheibe begrenzt, die zwischen dem Tauchanker und einem Ventilteil eingelegt ist, das Bestandteil des Magnetkreises ist. Die Einstellscheibe gibt somit einen Restluftspalt zwischen dem Tauchanker und dem Ventilteil vor. Der Restluftspalt verhindert einen direkten Kontakt des Tauchankers mit dem Ventilteil und wirkt auf diese Weise magnetischen Klebeeffekten entgegen. Die vorgeschlagene modulare Ausgestaltung soll durch Einbau einer geeigneten Einstellscheibe zudem eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall der Hochdruckpumpe ermöglichen. Ferner wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass die Magnetkreisbauteile mit Brennstoff umspült sind, um den Brennstoff zur Kühlung der Magnetspule einzusetzen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch ansteuerbares Einlassventil anzugeben, das einfach und kostengünstig herstellbar ist. Ferner soll ein kompakt bauendes Einlassventil geschaffen werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das für eine Kraftstoffhochdruckpumpe vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Einlassventil umfasst eine Magnetbaugruppe und einen mit der Magnetbaugruppe zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker, der mit einem Ventilschließelement zum Öffnen und Schließen des Einlassventils koppelbar ist. Der Hub des Ankers ist dabei durch einen Anschlag begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Anschlag an einem Magnetkern der Magnetbaugruppe ausgebildet, so dass der Anker beim Anschlagen in Kontakt mit dem Magnetkern gelangt. Der Kontakt ist dabei auf eine Fläche reduziert, die kleiner als eine Polfläche des Ankers und/oder eine Polfläche des Magnetkerns ist.
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Der den Anschlag ausbildende Magnetkern macht die Anordnung einer separaten Einstell- bzw. Restluftspaltscheibe entbehrlich. Dadurch verringert sich die Anzahl der Bauteile und es wird ein einfach aufgebautes und kostengünstig herstellbares Einlassventil geschaffen. Mit Wegfall der Einstell- bzw. Restluftspaltscheibe kann die Magnetbaugruppe des Einlassventils zudem kompakter gestaltet werden.
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Um magnetischen und/oder hydraulischen Klebeeffekten entgegen zu wirken, wird der Kontaktbereich bzw. die Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem Magnetkern reduziert. Als Referenzfläche dient die Polfläche des Ankers und/oder die Polfläche des Magnetkerns, wobei es sich jeweils um die dem anderen Bauteil zugewandte Stirnfläche handelt. Dabei wird angenommen, dass die dem jeweils anderen Bauteil zugewandte Stirnfläche eben ausgebildet ist. Ist dies nicht der Fall, wird von der Fläche einer uneben ausgebildeten Stirnfläche projiziert auf eine Ebene ausgegangen. Bei der Referenzfläche kann es sich demnach auch um die jeweilige Querschnittsfläche des Bauteils handeln.
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Die reduzierte Kontaktfläche bewirkt, dass die am Anker und am Magnetkern ausgebildeten Polflächen nicht vollflächig aneinander liegen. Um Fehlfunktionen, wie magnetisches oder hydraulisches Kleben, zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Kontaktfläche um mehr als die Hälfte der jeweiligen Referenzfläche reduziert ist.
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Um die Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem Magnetkern zu reduzieren ist es erforderlich, wenigstens eine Stirnfläche bzw. Polfläche uneben auszubilden. Das heißt, dass zumindest eine Polfläche eine Erhöhung oder Absenkung aufweist. Hierzu ist wenigstens eine Polfläche mit einer entsprechenden Kontur zu versehen.
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Bevorzugt ist zur Reduzierung der Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem Magnetkern wenigstens eine Polfläche gestuft und/oder geneigt ausgeführt. Die gestufte Ausführung schafft Polflächenabschnitte, die auf unterschiedlichen Radialebenen zu liegen kommen. Alternativ oder ergänzend kann ein Polflächenabschnitt auch geneigt zu einer Radialebene verlaufen. Sowohl die gestufte Ausführung als auch die geneigte Ausführung lassen sich einfach und kostengünstig realisieren.
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Weiterhin bevorzugt weist wenigstens eine Polfläche einen ringförmigen Absatz auf, der vorzugsweise radial innen oder radial außen liegend angeordnet ist. Der ringförmige Absatz kann das Ergebnis einer gestuften Ausführung sein, wenn beispielsweise der Anker und/oder der Magnetkern im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet sind. Ein ringförmiger Absatz in einer Polfläche kann sehr präzise, d. h. mit sehr kleiner Toleranz, in einem Bearbeitungsschritt, in einer Spannlage, mit einem Werkzeug kostengünstig hergestellt werden. Die konkrete Lage des ringförmigen Absatzes hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab.
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Die radial außen liegende Anordnung des ringförmigen Absatzes führt zu einer vergleichsweise großen Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem Magnetkern. Diese wiederum führt beim Anschlagen des Ankers am Magnetkern dazu, dass die auf den Anker und den Magnetkern wirkenden Kräfte und in der Folge der Verschleiß reduziert werden. Ein radial außen liegender ringförmiger Absatz wirkt zudem einer Schiefstellung des Ankers entgegen.
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Besteht die Gefahr magnetischer und/oder hydraulischer Klebeeffekte, kann der ringförmige Absatz auch radial innen liegend angeordnet werden. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem Magnetkern weiter verkleinert. Zudem kann auf diese Weise der Abstand zu einer radial außen liegenden Magnetspule vergrößert werden, was eine weniger starke magnetische Flussdichte in der Kontaktfläche zur Folge hat.
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Darüber hinaus kann der ringförmige Absatz auch in einer Lage angeordnet werden, die irgendwo zwischen radial außen und radial innen liegt.
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Wird die Kontaktfläche zwischen dem Anker und dem Magnetkern durch eine Polfläche mit einem ringförmigen Absatz reduziert, umschließt der ringförmige Absatz einen Raum, der zwischen dem Anker und dem Magnetkern verbleibt. Um diesen Raum, der im Betrieb des Einlassventils vorzugsweise mit Kraftstoff gefüllt ist, mit einem Außenraum zu hydraulisch verbinden, wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Absatz durch wenigstens eine, vorzugsweise radial verlaufende Nut unterbrochen ist. Vorzugsweise sind mehrere solcher Nuten in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet, so dass der ringförmige Absatz mehrfach unterbrochen wird. Die Nut bzw. Nuten stellen einen schnellen Zufluss von Kraftstoff in den Raum sicher, so dass hydraulischen Klebeeffekten entgegengewirkt wird. Ferner kann Kraftstoff schneller aus dem Raum verdrängt werden, wenn sich der Anker in Richtung des Magnetkerns bewegt.
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Vorteilhafterweise ist eine Polfläche eben ausgeführt. Auf diese Weise kann der Bearbeitungsaufwand minimal gehalten werden. Bei der eben ausgeführten Polfläche kann es sich um die des Ankers oder um die des Magnetkerns handeln.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Anker von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist, die der Magnetkraft der Magnetbaugruppe entgegen gesetzt ist. Über die Federkraft der Feder kann somit eine Rückstellung des Ankers in seine Ausgangslage bei unbestromter Magnetspule der Magnetbaugruppe bewirkt werden. Die Federkraft der Feder wirkt vorzugsweise öffnend, während die Magnetkraft schließend wirkt. Vorzugsweise ist die Feder einerseits am Anker und andererseits am Magnetkern unmittelbar abgestützt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Feder zumindest abschnittsweise in einer zentralen Ausnehmung des Ankers und/oder in einer zentralen Ausnehmung des Magnetkerns aufgenommen ist. Die Anordnung in einer Ausnehmung verhindert eine radiale Lageverschiebung der Feder und bewirkt zugleich eine Führung. Ferner kann auf diese Weise eine besonders kompakt bauende Anordnung geschaffen werden.
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Vorteilhafterweise ist im Anker und/oder im Magnetkern wenigstens eine Druckausgleichsbohrung ausgebildet, über welche ein zwischen dem Anker und dem Magnetkern ausgebildeter Raum entlastbar ist. Die Druckausgleichsbohrung ist hierzu bevorzugt mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe verbunden, in welche das Einlassventil zum Einsatz gelangt. Bei dem zu entlastenden Raum kann es sich insbesondere um den Raum handeln, der von einem ringförmigen Absatz zur Reduzierung der Kontaktfläche umschlossen wird, und/oder um den Federaufnahmeraum.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bzw. sind der Anker und/oder der Magnetkern im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Die Magnetbaugruppe arbeitet demzufolge bevorzugt nach dem Tauchankerprinzip. In dieser Ausgestaltung ist die Magnetbaugruppe in radialer Richtung besonders kompakt bauend.
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Ferner bevorzugt ist bzw. sind der Anker und/oder der Magnetkern zumindest abschnittsweise von einer ringförmigen Magnetspule der Magnetbaugruppe umgeben. Die radial außen liegende Anordnung der Magnetspule erleichtert die elektrische Kontaktierung derselben.
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Bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Einlassventils werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein in einen Zylinderkopf einer Hochdruckpumpe eingesetztes Einlassventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des Ankers und des Magnetkerns und
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3 einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend der 2, jedoch gemäß einer zur 1 alternativen Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch ansteuerbare Einlassventil umfasst eine Magnetbaugruppe 1 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 2, der als Tauchanker ausgebildet und mit einem Ventilschließelement 3 des Einlassventils koppelbar ist. Das Ventilschließelement 3 ist als Ventilstößel ausgebildet, der mit einem Dichtsitz 16 in einem plattenförmigen Ventilkörper 17 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 17 ist in eine Aufnahmenbohrung 18 eines Zylinderkopfes 19 einer Hochdruckpumpe eingesetzt, und mittels einer Verschlussschraube 20 in Richtung eines Absatzes 21 der Aufnahmebohrung 18 axial vorgespannt. Die Verschlussschraube 20 besitzt eine zentrale Ausnehmung 22, in welcher der Anker 2 hubbeweglich aufgenommen ist. Eine einerseits am Ventilkörper 17 und andererseits am Ventilschließelement 3 abgestützte Ventilfeder 23 zieht das Ventilschließelement 3 in den Dichtsitz 16, wenn der Anker 2 nach oben bewegt wird. Dies ist der Fall, wenn eine Magnetspule 15 der Magnetbaugruppe 1 bestromt und ein Magnetfeld aufgebaut wird, das den Anker 2 in Richtung eines Magnetkerns 5 der Magnetbaugruppe 1 zieht, so dass ein Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetkern 5 und dem Anker 2 geschlossen wird. Der Arbeitsluftspalt wird dabei durch einen Anschlag 4 definiert, der am Magnetkern 5 ausgebildet ist.
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Mit Anschlagen des Ankers 2 am Magnetkern 5 gelangt eine dem Magnetkern 5 zugewandte Polfläche 6 des Ankers 2 in Kontakt mit einer dem Anker 2 zugewandten Polfläche 7 des Magnetkerns 5, wobei die Kontaktfläche kleiner als die jeweiligen Polflächen 6, 7 ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Polfläche 6 des Ankers 2 gestuft ausgeführt ist und einen radial innen liegenden, ringförmigen Absatz 8 besitzt (siehe 2). Die Reduzierung der Kontaktfläche auf den Bereich des ringförmigen Absatzes 8 wirkt magnetischen und/oder hydraulischen Klebeeffekten entgegen und stellt damit die Funktionsfähigkeit des Einlassventils sicher. Ferner ist sowohl im Anker 2 als auch im Magnetkern 5 jeweils eine zentrale Ausnehmung 11, 12 zur Aufnahme einer Feder 10 ausgebildet, durch welche die Kontaktfläche weiter verringert wird. Die Feder 10 dient der Rückstellung des Ankers 2 nach Beenden der Bestromung der Magnetspule 15.
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Da die Magnetbaugruppe 1 und der Anker 2 im Betrieb des Einlassventils kraftstoffumströmt sind, sind auch die Ausnehmungen 11, 12 mit Kraftstoff gefüllt. Dies kann hydraulische Klebeeffekte zur Folge haben, die eine schnelle Rückstellung des Ankers 2 in seine Ausgangslage verhindern. Im Anker 2 ist daher eine Druckausgleichsbohrung 13 vorgesehen, welche in die Ausnehmung 11 mündet und somit der Entlastung eines Raums 14 dient, der durch die Ausnehmungen 11, 12 geschaffen wird.
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Eine alternative Ausführungsform ist in der 3 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 1 und 2 dadurch, dass der ringförmige Absatz 8 des Ankers 2 radial außen liegend angeordnet ist. Ferner sind im ringförmigen Absatz 8 radial verlaufende Nuten 9 angeordnet, welche eine Verbindung des Raums 14 mit dem Außenraum herstellen. Ferner weist der Anker 2 mehrere axial verlaufende Druckausgleichsbohrungen 13 zur Entlastung des Raums 14 auf.
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Die Funktionsweise der in den 1 und 2 dargestellten Einlassventile ist wie folgt:
Bei unbestromter Magnetspule 15 ist das Einlassventil geöffnet, da die Federkraft der Feder 10 den Anker 2 gegen das Ventilschließelement 3 drückt. Wird die Magnetspule 15 bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, das den Anker 2 entgegen der Federkraft der Feder 10 in Richtung des Magnetkerns 5 zieht, um den Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker 2 und dem Magnetkern 5 zu schließen. Dabei schlägt der Anker 2 im Bereich seines ringförmigen Absatzes 8 an der Polfläche 7 des Magnetkerns 5 an. Die angehobene Stellung des Ankers 2 ermöglicht, dass die Federkraft der Ventilfeder 23 das Ventilschließelement 3 in den Dichtsitz 16 zieht. Zum Öffnen des Ventils wird die Bestromung der Magnetspule 15 wieder beendet und die Federkraft der Feder 10 stellt den Anker 2 in seine Ausgangslage zurück, wobei das Ventilschließelement 3 aus dem Dichtsitz 16 gehoben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010027745 A1 [0002]
