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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Saugventil dient der Versorgung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2014 200 339 A1 ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker sowie einen Polkern umfasst, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Anker ist zumindest abschnittsweise von einem Ventilkörper umgeben, der vorliegend als Verschlussschraube ausgebildet ist und der Befestigung des Saugventils an der Hochdruckpumpe dient. Der Polkern und der Ventilkörper sind mittels einer Hülse verbunden, wobei die Verbindung der Hülse mit dem Polkern über eine Schweißnaht erfolgt. Da mit Anschlagen des Ankers am Polkern die Schweißnaht stark belastet wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Bauteilverbindung vorzeitig versagt, wird zur Entlastung der Schweißnaht vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise sollen die Robustheit der Bauteilverbindung und in der Folge die Robustheit des Saugventils gesteigert werden.
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Bei dem bekannten Saugventil bildet der Polkern einen Endanschlag für den Anker aus. Ein weiterer Endanschlag wird über einen Absatz des Ventilkörpers gebildet, der den Anker zumindest abschnittsweise umgibt. Der Ventilkörper ist somit ebenfalls hohen Belastungen ausgesetzt.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzugeben, dessen Robustheit weiter gesteigert ist. Insbesondere soll der Verschleiß im Bereich eines Endanschlags gemindert werden, der durch einen Ventilkörper oder eine hieran abgestützte Anschlagscheibe ausgebildet wird.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch betätigbare Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen hubbeweglichen und mit einem Ventilstößel koppelbaren Anker, der zumindest abschnittsweise in einer Ausnehmung eines Ventilkörpers aufgenommen ist. Der Ventilkörper weist dabei einen in die Ausnehmung hineinragenden Ringbund zur Ausbildung eines ersten Endanschlags oder zur Abstützung einer den ersten Endanschlag ausbildenden Anschlagscheibe auf. Erfindungsgemäß weist der Ringbund oder die Anschlagscheibe eine Querschnittsform auf, die im Bereich des ersten Endanschlags eine Reduzierung der Flächenpressung und/oder eine Reduzierung der Biegesteifigkeit bewirkt.
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Eine Reduzierung der Flächenpressung kann insbesondere über eine Reduzierung des Kontaktbereichs mit dem Anker bewirkt werden. Das heißt, dass die Querschnittsform des den ersten Endanschlag ausbildenden Ringbunds oder der hieran abgestützten Anschlagscheibe derart gewählt ist, dass die jeweils dem Anker zugewandte Anschlagfläche nicht parallel zur Stirnfläche des Ankers verläuft. Auf diese Weise kann die Beanspruchung des Ventilkörpers im Kontaktbereich mit dem Anker gesenkt werden, was sich verschleißmindernd auswirkt. In der Folge steigt die Robustheit des Saugventils.
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Eine Reduzierung der Biegesteifigkeit kann durch eine entsprechende Formgebung und/oder Dimensionierung des Ringbunds bzw. der Anschlagscheibe bewirkt werden. Vorteilhafterweise wird die Biegesteifigkeit in axialer Richtung reduziert, so dass der am Ringbund oder an der Anschlagscheibe anschlagende Anker zu einer Verformung des Ringbunds oder der Anschlagscheibe führt. Ein Teil der Bewegungsenergie des Ankers wird dann in Verformungsenergie umgewandelt, so dass eine Dämpfung erzielt wird. Um eine Verformbarkeit in axialer Richtung zu ermöglichen, kann der Querschnitt des Ringbunds bzw. der Anschlagscheibe zumindest abschnittsweise geschwächt ausgebildet sein, so dass sich der Ringbund bzw. die Anschlagscheibe bei axialer Belastung verformt.
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Bevorzugt weist der Ringbund oder die Anschlagscheibe eine Querschnittsform auf, die im Bereich des ersten Endanschlags eine schräg verlaufende oder gewölbte Kontur zur Ausbildung eines kreislinienförmigen Kontaktbereichs mit dem Anker besitzt. Das heißt, dass der Ringbund oder die Anschlagscheibe zumindest im Bereich ihrer dem Anker zugewandten Stirnfläche, die den Endanschlag ausbildet, nicht eben, sondern geneigt oder gewölbt ist. Auf diese Weise kann der Kontaktbereich mit dem Anker auf eine Kreislinie reduziert werden.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Ringbund oder die Anschlagscheibe eine Nachgiebigkeit in axialer Richtung besitzt. Die Nachgiebigkeit wird durch eine Verformung erreicht, die ähnlich einer Tellerfeder zu einer Dämpfung der Bewegung des Ankers führt. Insbesondere die Anschlagscheibe kann demnach die Form einer Tellerfeder besitzen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zweite Endanschlag von einem Polkern gebildet, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Auf diese Weise wird eine kompakt bauende Anordnung erreicht, da der Polkern, die Magnetspule und der Ventilkörper einen Magnetkreis bilden.
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Bevorzugt ist der Polkern über eine Hülse mit dem Ventilkörper fest verbunden. Da der Polkern und der Ventilkörper die beiden Endanschläge für den Anker ausbilden, kann über die Lage des Polkerns gegenüber dem Ventilkörper der Hub des Ankers vorgegeben werden. Um die Robustheit der Verbindung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Hülse mit dem Polkern und/oder dem Ventilkörper verschweißt ist.
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Vorteilhafterweise ist der Anker über einen Kontaktstift mit dem Ventilstößel koppelbar. Auf diese Weise kann die Robustheit des Ankers gesteigert werden, da allein der Kontaktstift in Kontakt mit dem Ventilstößel gelangt. Um den Verschleiß am Kontaktstift zu mindern, kann dieser aus einem besonders harten bzw. verschleißfesten Material gefertigt sein. Der Anker kann demgegenüber aus einem Material gefertigt sein, das besonders hohe magnetische Eigenschaften besitzt.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Anker in Richtung des Ventilstößels von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Die Feder kann zur Rückstellung des Ankers genutzt werden. Zugleich ist durch die Federkraft der Feder sichergestellt, dass bei unbestromter Magnetspule der Anker bzw. der Kontaktstift am Ventilstößel anliegt.
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Vorzugsweise ist die Federkraft der Feder, die den Anker in Richtung des Ventilglieds beaufschlagt, größer als die Federkraft einer weiteren Feder, die das Ventilglied in Schließrichtung beaufschlagt. Das Saugventil ist in diesem Fall als stromlos offenes Ventil ausgebildet, so dass die Bestromung der Magnetspule lediglich zum Schließen des Ventils erfolgt.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Saugventil vorgeschlagen. Das Saugventil ist dabei in ein Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert. Das heißt, dass der Ventilstößel des Saugventils über eine Bohrung des Gehäuseteils der Kraftstoff-Hochdruckpumpe geführt ist und/oder mit einem im Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Durch die Integration des Saugventils in die Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann eine besonders kompakt bauende Anordnung geschaffen werden.
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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 ein erfindungsgemäßes Saugventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, das in eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ventilkörper eines erfindungsgemäßen Saugventils gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ventilkörper eines erfindungsgemäßen Saugventils gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
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4 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ventilkörper eines erfindungsgemäßen Saugventils gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und
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5 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ventilkörper eines erfindungsgemäßen Saugventils gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 1 ist in ein Gehäuseteil 18 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 in der Weise integriert, dass ein Ventilstößel 6 des Saugventils 1 über eine im Gehäuseteil 18 ausgebildete Bohrung 19 hubbeweglich geführt ist. Das Saugventil 1 dient der Befüllung eines im Gehäuseteil 18 ausgebildeten Hochdruckelementraums 20 mit Kraftstoff. Der über das Saugventil 1 in den Hochdruckelementraum 20 gelangende Kraftstoff wird im Hochdruckelementraum 20 über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens (nicht dargestellt) komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 21 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
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Der Ventilstößel 6 des Saugventils 1 öffnet in den Hochdruckelementraum 20 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2. Bei geöffnetem Saugventil 1 vermag Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 24 über eine Zulaufbohrung 25 in den Hochdruckelementraum 20 zu strömen. In Schließrichtung ist der Ventilstößel 6 von der Federkraft einer Ventilfeder 22 beaufschlagt, so dass die Federkraft der Ventilfeder 22 den Ventilstößel 6 in Richtung eines Ventilsitzes 23 zieht. Um das Saugventil 1 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 22 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine weitere Feder 17 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 22 ist. Die weitere Feder 17 ist einerseits an einem Anker 7, andererseits an einem Polkern 13 abgestützt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Anker 7 vorgesehene Magnetspule 3 unbestromt, drückt die Feder 17 den Anker 7 nach unten, so dass ein mit dem Anker 7 verbundener Kontaktstift 16 zur Anlage am Ventilstößel 6 gelangt und das Saugventil 1 öffnet bzw. geöffnet hält. Wird die Magnetspule 3 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 7 einschließlich des Kontaktstifts 16 in Richtung des Polkerns 13 bewegt, um einen zwischen dem Polkern 13 und dem Anker 7 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 14 zu schließen. Der Ventilstößel 6 wird auf diese Weise entlastet, so dass die Ventilfeder 22 den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 23 zu ziehen vermag.
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Der den Arbeitsluftspalt 14 begrenzende Polkern 13 bildet einen Endanschlag 5 für den hubbeweglichen Anker 7 aus. Ein weiterer Endanschlag 4 wird durch eine Anschlagscheibe 11 gebildet, die an einem Ringbund 10 innerhalb einer Ausnehmung 8 eines Ventilkörpers 9 abgestützt ist, in welcher der Anker 7 aufgenommen ist. Die Anschlagscheibe 11 weist eine Querschnittsform auf, die im Bereich des Endanschlags 4 eine schräg verlaufende Kontur 12 besitzt. Die schräg verlaufende Kontur 12 führt zu einem kreislinienförmigen Kontaktbereich mit dem Anker 7, wenn dieser an der Anschlagscheibe 11 anschlägt. Auf diese Weise wird eine reduzierte Flächenpressung bewirkt, welche die Beanspruchung der Anschlagscheibe 11 mindert. Zugleich weist die Anschlagscheibe 11 eine vergleichsweise geringe Stärke auf, so dass sie sich bei anschlagendem Anker 7 nach dem Prinzip einer Tellerfeder geringfügig verformt. Durch die Verformung wird eine Dämpfung erreicht, die sich ebenfalls verschleißmindernd auswirkt. Durch die Querschnittsform der den unteren Endanschlag 4 ausbildenden Anschlagscheibe 11 kann demnach die Robustheit des Saugventils 1 gesteigert werden.
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Zur Robustheitssteigerung im Bereich des oberen Endanschlags 5 ist eine Hülse 15 vorgesehen, über welche der Polkern 13 mit dem Ventilkörper 9 fest verbunden ist.
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In den 2 bis 5 sind alternative Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Saugventils 1 dargestellt, wobei sich die Figuren jeweils auf die Darstellung des Endanschlags 4 beschränken. In den Ausführungsformen der 2 bis 5 wird der Endanschlag 4 nicht durch eine Anschlagscheibe 11, sondern durch den Ventilkörper 9 bzw. den Ringbund 10 des Ventilkörpers 9 ausgebildet. Die in den 2 bis 5 vorgeschlagenen Geometrien bzw. Querschnittsformen des Ringbunds 10 sind jedoch auch auf eine Anschlagscheibe 11 übertragbar.
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In der 2 weist der Ringbund 10 des Ventilkörpers 9 eine dem Anker 7 zugewandte Stirnfläche auf, die nach radial innen hin leicht ansteigend verläuft. Der Ringbund 10 bildet demnach analog zur Anschlagscheibe 11 der 1 einen kreislinienförmigen Kontaktbereich mit dem Anker 7 aus. Entsprechend wird auch hier die Flächenpressung im Bereich des Endanschlags 4 reduziert.
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Anstelle einer ansteigenden bzw. schräg verlaufenden Kontur 12 kann der Ringbund 10 auch eine dem Anker 7 zugewandte Stirnfläche besitzen, die bogenförmig verläuft. Der bogenförmige Verlauf bzw. die Wölbung kann derart geformt sein, dass der kreislinienförmige Kontaktbereich wiederum radial innen zu liegen kommt (siehe 3) oder in radialer Richtung nach außen versetzt hierzu (siehe 4).
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Um einen in axialer Richtung nachgiebigen Endanschlag 4 auszubilden, kann der Ringbund 10 des Ventilkörpers 9 zusätzlich im Querschnitt geschwächt werden. Diese Ausführungsform ist in der 5 am Beispiel einer gewölbten Kontur 12 dargestellt. Aufgrund seiner Nachgiebigkeit verformt sich der Ringbund 10, wenn der Anker 7 den Endanschlag 4 erreicht, so dass zugleich eine Dämpfung bewirkt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200339 A1 [0002]
