DE102016220357A1

DE102016220357A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils für eine Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102016220357A1
Application number: DE102016220357.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kolb; Gabriel Cichon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils (1) für eine Hochdruckpumpe (2) eines Kraftstoffeinspritzsystems, umfassend die Schritte:Einsetzen eines Ankers (3) einschließlich einer abschnittsweise im Anker (3) aufgenommenen Schraubendruckfeder (4) in eine zentrale Ausnehmung (5) eines Ventilkörpers (6),Aufsetzen einer Hülse (7) zur Verbindung des Ventilkörpers (6) mit einem Polkern (8) auf den Ventilkörper (6),Verschweißen der Hülse (7) mit dem Ventilkörper (6),Einsetzen des Polkerns (8) in die Hülse (7), so dass die Schraubendruckfeder (4) axial vorgespannt wird, und

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein nach dem Verfahren hergestelltes Saugventil. Das Saugventil dient der Befüllung eines Elementraums einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff, wobei es vorzugsweise derart ansteuerbar ist, dass eine definierte Kraftstoffmenge zumessbar ist.
Stand der Technik
Ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 220 757 A1 hervor. Es umfasst eine Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der unmittelbar oder mittelbar mit einem hubbeweglichen Ventilkolben koppelbar ist, der in Schließrichtung von der Federkraft einer Ventilkolbenfeder beaufschlagt wird. Um den Ventilkolben bei unbestromter Magnetspule in einer Offenstellung zu halten, ist eine weitere Feder vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilkolbenfeder ist und den Ventilkolben mittelbar über den Anker in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Wird die Magnetspule bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, das den Anker entgegen der Federkraft der weiteren Feder in Richtung eines Polkerns bewegt, um einen zwischen dem Polkern und dem Anker ausgebildeten Arbeitsluftspalt zu schließen. Der Anker verliert dabei den Kontakt zum Ventilkolben und die Ventilkolbenfeder vermag den Ventilkolben in einen Ventilsitz zu ziehen. Das Saugventil schließt. Wird die Bestromung der Magnetspule beendet, stellt die weitere Feder den Anker in seine Ausgangslage zurück, wobei er erneut in Kontakt mit dem Ventilkolben gelangt und diesen entgegen der Federkraft der Ventilkolbenfeder aus dem Ventilsitz hebt.
Die Federkraft der in Öffnungsrichtung des Saugventils wirkenden weiteren Feder stellt einen für die Funktion des Saugventils relevanten Wert dar, den es einzustellen gilt. Das Saugventil der DE 10 2014 220 757 A1 weist hierzu ein hülsenförmiges Einstellelement auf, das zur Abstützung der Feder in eine zentrale Bohrung des Polkerns eingesetzt, insbesondere eingepresst ist. Über die Einpresstiefe des Einstellelements sowie über die Lage des Polkerns zum Anker kann dann die axiale Vorspannung der Feder und damit die gewünschte Federkraft eingestellt werden. In der Regel ist dieser Prozess jedoch toleranzbehaftet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einstellprozess zu optimieren, insbesondere soll der Prozess vereinfacht werden, so dass das Ergebnis weniger toleranzbehaftet ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, das die Herstellung eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils betrifft. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Das zur Herstellung eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:

- Einsetzen eines Ankers einschließlich einer abschnittsweise im Anker aufgenommenen Schraubendruckfeder in eine zentrale Ausnehmung eines Ventilkörpers,
- Aufsetzen einer Hülse zur Verbindung des Ventilkörpers mit einem Polkern auf den Ventilkörper,
- Verschweißen der Hülse mit dem Ventilkörper,
- Einsetzen des Polkerns in die Hülse, so dass die Schraubendruckfeder axial vorgespannt wird, und
- Verschweißen der Hülse mit dem Polkern. Erfindungsgemäß wird die axiale Vorspannkraft der Schraubendruckfeder indirekt über die Tiefe einer im Polkern ausgebildeten Sacklochbohrung eingestellt.

Die indirekte Einstellung über die Tiefe der Sacklochbohrung des Polkerns vereinfacht den Einstellprozess. Insbesondere kann das Einpressen eines Einstellelements in eine zentrale Bohrung des Polkerns entfallen. Damit verringert sich auch die Gefahr, dass beim Einpressen Partikel erzeugt werden, welche später die Funktion des Saugventils beeinträchtigen könnten. Somit wird zugleich eine Robustheitssteigerung erreicht. Robustheitssteigernd wirkt sich ferner die unmittelbare Abstützung der Schraubendruckfeder am Polkern aus.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein nach der Tiefe seiner Sacklochbohrung klassierter Polkern verwendet. Das heißt, dass zur Einstellung der axialen Vorspannkraft der Schraubendruckfeder ein Polkern einer bestimmten Polkernklasse ausgewählt wird, der eine Sacklochbohrung mit einer vorgegebenen Tiefe besitzt. Bevorzugt werden daher Polkerne unterschiedlicher Klassen vorgehalten, um durch Zupaaren eines geeigneten Polkerns die gewünschte Einstellung der Federkraft vorzunehmen.
Weiterhin vorzugsweise wird zur Auswahl eines geeigneten Polkerns die erforderliche Tiefe der Sacklochbohrung vor der Montage des Polkerns ermittelt. Das heißt, dass der Einstellung eine Klassierung mindestens eines Polkerns vorausgeht. Bevorzugt werden mehrere Polkerne mit unterschiedlich tiefen Sacklochbohrungen klassiert und vorgehalten, um eine Auswahl hieraus vornehmen zu können.
Zur Ermittlung der erforderlichen Tiefe der Sacklochbohrung wird vorzugsweise eine Kraft in die in den Anker eingesetzte Schraubendruckfeder eingeleitet, die der gewünschten axialen Vorspannkraft entspricht. Anschließend wird die den Anker überragende Länge der Schraubendruckfeder gemessen, von der dann der Hub des Ankers abgezogen wird. Die verbleibende Länge entspricht der erforderlichen Tiefe der Sacklochbohrung.
Da der Ankerhub dem Arbeitsluftspalt zwischen dem Polkern und dem Anker entspricht, wird der Ankerhub über die Lage des Polkerns zum Anker bzw. zum Ventilkörper eingestellt, in den der Anker eingesetzt ist. Die Lage des Polkerns zum Ventilkörper wird dann über die Verschweißung mit der den Polkern und den Ventilkörper zumindest abschnittsweise umgebenden Hülse fixiert.
Vorteilhafterweise wird die Hülse beim Aufsetzen auf den Ventilkörper auf diesen aufgepresst. Der Presssitz erleichtert das anschließende Verschweißen der Hülse mit dem Ventilkörper.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Polkern beim Einsetzen in die Hülse in diese eingepresst wird. Der auf diese Weise erzielte Presssitz erleichtert das anschließende Verschweißen der Hülse mit dem Polkern. Zugleich wird über die Einpresstiefe der axiale Abstand zwischen dem Polkern und dem Ventilkörper festgelegt bzw. der Ankerhub eingestellt. Durch die anschließende Verschweißung wird dann die vorgenommene Einstellung fixiert.
Bevorzugt wird bzw. werden vor dem Verschweißen der Hülse mit dem Polkern der Hub des Ankers und/oder die axiale Vorspannung der Schraubendruckfeder überprüft und erforderlichenfalls neu eingestellt. Zum Überprüfen kann der Anker gegen den Polkern gedrückt werden. Bedarf es einer Neueinstellung kann die Lage des Polkerns in Bezug auf den Ventilkörper durch die Einpresstiefe des Polkerns in der Hülse variiert werden. Alternativ oder ergänzend kann ein Polkern einer anderen Polkernklasse verwendet werden.
Zur Optimierung der Einstellung des Ankerhubs wird vorgeschlagen, dass vor dem Einsetzen des Ankers ein ringförmiger Anschlagkörper in die zentrale Ausnehmung des Ventilkörpers eingelegt wird. Der Anschlagkörper bildet dann den unteren Endanschlag für den Anker aus, während der obere Endanschlag durch den Polkern gebildet wird. Über die Wahl eines geeigneten, vorzugsweise klassierten, Anschlagkörpers wird dann der Ankerhub bestimmt.
Der Anschlagkörper ist vorzugsweise an einem ringförmigen Absatz des Ventilkörpers abgestützt. Weiterhin vorzugsweise umgibt der Absatz eine zentrale Öffnung, über welche der in den Ventilkörper eingesetzte Anker weiterhin zugänglich ist. Über die Öffnung kann dann die Prüfung bzw. Messung des Ankerhubs und/oder der Federkraft der Ankerfeder vorgenommen werden.
Bevorzugt wird beim Verschweißen der Hülse mit dem Ventilkörper und/oder dem Polkern eine umlaufende Schweißnaht gesetzt. Die umlaufende Schweißnaht führt zu einer besonders robusten und damit dauerhaften Verbindung. Zugleich wird über die umlaufende Schweißnaht eine Abdichtung des den Anker aufnehmenden Raums nach außen erreicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektromagnetisch betätigbares Saugventil, das in eine Hochdruckpumpe integriert ist,
2 eine Explosionsdarstellung der zur Einstellung der Federkraft der Schraubendruckfeder erforderlichen Bauteile des Saugventils der 1 und
3 die Bauteile der 2 nach dem Fügen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in der 1 dargestellte Saugventil 1 ist in ein Gehäuseteil 12 einer Hochdruckpumpe 2 integriert. Das heißt, dass das Gehäuseteil 12 einen Ventilsitz 13 für einen Ventilstößel 14 ausbildet, der zudem über das Gehäuseteil 12 hubbeweglich geführt ist. In Richtung des Ventilsitzes 13 wird der Ventilstößel 14 von der Federkraft einer Feder 15 beaufschlagt, so dass diese eine Schließkraft auf den Ventilstößel 14 ausübt. Der Federkraft der Feder 15 wirkt die Federkraft einer Schraubendruckfeder 4 entgegen, die an einem mit dem Ventilstößel 14 koppelbaren Anker 3 abgestützt ist.
Zur Einwirkung auf den Anker 3 ist eine Magnetbaugruppe 16 mit einer ringförmigen Magnetspule 17 vorgesehen, die den Anker 3 umgibt. Der Anker 3 ist in einer Ausnehmung 5 eines Ventilkörpers 6 aufgenommen, über den die Magnetbaugruppe 16 mit dem Gehäuseteil 12 der Hochdruckpumpe 2 verbunden ist. Auf dem Ventilkörper 6 sitzt eine Magnethülse 18 mit einem Ringbund 19 auf, welcher der Abstützung einer mit dem Gehäuseteil 12 verschraubten Überwurfmutter 20 dient. Um den Hub des Ventilstößels 14 einzustellen, ist zwischen dem Ventilkörper 6 und dem Gehäuseteil 12 ein Einstellring 21 eingelegt.
Der Hub des Ankers 3 wird zum einen durch einen ringförmigen Anschlagkörper 10 eingestellt, der zwischen dem Anker 3 und dem Ventilkörper 6 in die Ausnehmung 5 eingelegt ist. Zum anderen ist der Hub des Ankers 3 durch einen Arbeitsluftspalt 22 vorgegeben, der zwischen dem Anker 3 und einem Polkern 8 der Magnetbaugruppe 16 verbleibt. Zur Fixierung der Lage des Polkerns 8 in Bezug auf den Anker 3 ist der Polkern 8 in eine Hülse 7 eingepresst und mit dieser verschweißt. Die Hülse 7 ist zudem auf den Ventilkörper 6 aufgepresst und mit diesem ebenfalls verschweißt.
Bei unbestromter Magnetspule 17 hält die Schraubendruckfeder 4 das Saugventil 1 geöffnet. Wird die Magnetspule 17 bestromt, bewegt sich der Anker 3 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 4 in Richtung des Polkerns 8, um den Arbeitsluftspalt 22 zu schließen. Dabei löst er sich vom Ventilstößel 14, so dass die Feder 15 den Ventilstößel 14 in den Ventilsitz 13 zu ziehen vermag. Das Saugventil 1 schließt. Wird die Bestromung der Magnetspule 17 beendet, stellt die Schraubendruckfeder 4 den Anker 3 in seine Ausgangslage zurück, wobei er zur Anlage am Ventilstößel 14 gelangt und diesen - entgegen der Federkraft der Feder 15 - aus dem Ventilsitz 13 hebt. Das Saugventil 1 öffnet.
Bei geöffnetem Saugventil 1 strömt Kraftstoff über den Ventilsitz 13 in einen Elementraum 23 der Hochdruckpumpe 2. Der im Elementraum 23 vorhandene Kraftstoff wird anschließend über eine Hubbewegung eines Pumpenkolbens 24 komprimiert und über einen Hochdruckauslass 25 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Um eine definierte Kraftstoffmenge zuzumessen, kann das Saugventil 1 in der Weise angesteuert werden, dass es während des Förderhubs des Pumpenkolbens 24 zunächst geöffnet bleibt. Eine überschüssige Menge Kraftstoff wird dann aus dem Elementraum 23 wieder ausgeschoben. Dies setzt voraus, dass die Schraubendruckfeder 4 das Saugventil 1 gegen den sich im Elementraum 23 aufbauenden Druck geöffnet hält. Die Federkraft der Schraubendruckfeder 4 stellt somit eine funktionsrelevante Größe dar, die es einzustellen gilt. Bei dem dargestellten Saugventil 1 erfolgt die Einstellung während der Herstellung des Saugventils 1, insbesondere während der Montage der Magnetbaugruppe 16. Die einzelnen Montageschritte werden nachfolgend anhand der 2 und 3 erläutert.
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird zunächst der ringförmige Anschlagkörper 10 in die Ausnehmung 5 des Ventilkörpers 6 eingelegt. Dann wird der Anker 3 einschließlich der Schraubendruckfeder 4 in die Ausnehmung 5 eingesetzt. Danach wird die Hülse 7 auf den Ventilkörper 6 aufgepresst und mittels einer umlaufenden Schweißnaht 11 mit dem Ventilkörper 6 verschweißt. Anschließend wird eine Kraft F in die Schraubendruckfeder 4 eingeleitet, die der geforderten Federkraft entspricht. Durch Messen kann nun die Länge L der Schraubendruckfeder 4 ermittelt werden, die über den Anker 3 übersteht. Zieht man von der Länge L den Hub H des Ankers 3 ab, erhält man die erforderliche Tiefe T einer im Polkern 8 ausgebildeten Sacklochbohrung 9 zur Aufnahme und Abstützung der Schraubendruckfeder 4. Ist die Tiefe T bekannt, kann ein Polkern 8 mit einer entsprechend tiefen Sacklochbohrung 9 zugepaart werden.
Zur Optimierung des Verfahrens wird ein Polkern 8 zugepaart, der hinsichtlich der Tiefe T seiner Sacklochbohrung 9 klassiert ist. Das heißt, dass mehrere Polkerne 8 mit unterschiedlich tiefen Sacklochbohrungen 9 vorgehalten werden, so dass nur noch der richtige Polkern 8 ausgesucht werden muss.
Zur Fertigstellung der Montage der Magnetbaugruppe 16 muss nur noch der Polkern 8 über die Hülse 7 mit dem Ventilkörper 6 verbunden werden. Hierzu wird der Polkern 8 in die Hülse 7 eingepresst. Anschließend wird die Hülse 7 mit dem Polkern 8 über eine umlaufende Schweißnaht 11 verschweißt (siehe 3).
Zur Überprüfung der vorgenommenen Einstellung kann der Anker 3 mittels einer Kraft F' eingedrückt werden. Beim Eindrücken kann nicht nur die Federkraft der Schraubendruckfeder 4, sondern ferner der Hub H des Ankers 3 gemessen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014220757 A1 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils (1) für eine Hochdruckpumpe (2) eines Kraftstoffeinspritzsystems, umfassend die Schritte: - Einsetzen eines Ankers (3) einschließlich einer abschnittsweise im Anker (3) aufgenommenen Schraubendruckfeder (4) in eine zentrale Ausnehmung (5) eines Ventilkörpers (6), - Aufsetzen einer Hülse (7) zur Verbindung des Ventilkörpers (6) mit einem Polkern (8) auf den Ventilkörper (6), - Verschweißen der Hülse (7) mit dem Ventilkörper (6), - Einsetzen des Polkerns (8) in die Hülse (7), so dass die Schraubendruckfeder (4) axial vorgespannt wird, und - Verschweißen der Hülse (7) mit dem Polkern (8), dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Vorspannkraft der Schraubendruckfeder (4) indirekt über die Tiefe (T) einer im Polkern (8) ausgebildeten Sacklochbohrung (9) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach der Tiefe (T) seiner Sacklochbohrung (9) klassierter Polkern (8) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswahl eines geeigneten Polkerns (8) die erforderliche Tiefe (T) der Sacklochbohrung (9) vor der Montage des Polkerns (8) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der erforderlichen Tiefe (T) der Sacklochbohrung (9) eine Kraft (F) in die in den Anker (3) eingesetzte Schraubendruckfeder (4) eingeleitet wird, die der gewünschten axialen Vorspannkraft entspricht, anschließend die den Anker (3) überragende Länge (L) der Schraubendruckfeder (4) gemessen wird, von der dann der Hub (H) des Ankers (3) abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) beim Aufsetzen auf den Ventilkörper (6) auf diesen aufgepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern (8) beim Einsetzen in die Hülse (7) in diese eingepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einsetzen des Ankers (3) ein ringförmiger Anschlagkörper (10) in die zentrale Ausnehmung (5) des Ventilkörpers (6) eingelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschweißen der Hülse (7) mit dem Ventilkörper (6) und/oder dem Polkern (8) eine umlaufende Schweißnaht (11) gesetzt wird.