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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.
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Aus der
DE 199 50 761 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt. Bei dem bekannten Brennstoffeinspritzventil sind eine Ventilnadel und ein an der Ventilnadel angreifender Anker vorgesehen, wobei der Anker an der Ventilnadel beweglich geführt wird. Ferner ist zur elektromagnetischen Betätigung des Brennstoffeinspritzventils eine Magnetspule vorgesehen, die bei elektrischer Erregung den Anker anzieht. Ferner ist ein mit der Ventilnadel verbundener Anschlagkörper vorgesehen, an dem ein Anschlag ausgebildet ist. Durch einen Elastomerring, der zwischen dem Anschlagkörper und dem Anker angeordnet ist, wird eine Dämpfung erreicht.
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Das aus der
DE 199 50 761 A1 bekannte Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil, dass zusätzliche Bauteile, insbesondere der Elastomerring, erforderlich sind. Der Elastomerring ist hierbei einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt, so dass eine Zerstörung des Elastomerrings durch eine Kantenpressung an einem Brennstoffkanal nur durch eine große, auch seitliche Abdeckung mittels eines flächigen Stützrings, der ein zusätzliches Bauteil darstellt, vermieden werden kann. Hierbei summieren sich bereits im Neuzustand die Toleranzen der einzelnen Bauteile. Ferner kommt es zu Bauteilalterungen, was insbesondere den Elastomerring betrifft, was sich auf eine für den Anker vorgegebene Dämpfung an einem Ende des Ankerfreiwegs auswirkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann eine gewünschte Dämpfung des Ankers bei einer Betätigung des Ventils in verbesserter Weise realisiert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
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Durch die Ausgestaltung des Anschlagelements als entlang der Längsachse elastisch verformbares Anschlagelement können die Funktion der Bewegungsbegrenzung und der Dämpfung des Ankers in vorteilhafter Weise in ein Bauteil integriert werden. Ferner vereinfacht sich der Zusammenbau des Ventils. Des weiteren können vorgegebene Toleranzen besser und in einfacherer Weise eingehalten werden.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, dass eine robuste Ausgestaltung ermöglicht ist, dass über die Lebensdauer Alterungserscheinungen, wie sie beispielsweise bei einem Elastomer auftreten, vermieden sind, dass eine Medienbeständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Medien, insbesondere Fluide, gewährleistet ist und dass zudem eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Schweißen, mit der Ventilnadel herstellbar ist.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, dass eine robuste Ausgestaltung ermöglicht ist, dass gegebenenfalls aufgrund einer Medienverdrängung aus der Schlitzung beziehungsweise einem Einströmen eines Mediums in die Schlitzung zusätzliche Dämpfungseffekte erzielbar sind und dass auf geometrische Weise ein Überlastungsschutz realisiert werden kann.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 hat hierbei ferner den Vorteil, dass eine Dämpfung weiter verstärkt werden kann, was auch durch Verdrängungs- und Einströmeffekte eines Mediums aus beziehungsweise in die Schlitzung möglich ist. Wenn sich die spiralförmige Schlitzung mehr als einmal spiralförmig um die Längsachse erstreckt, dann schließt dies auch den Fall ein, dass die Schlitzung zusätzlich zu einem ganzzahligen ein- oder mehrmaligen Umlauf auch über den Bruchteil eines einmaligen Umlaufs verläuft.
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Gemäß Anspruch 5 ist eine Weiterbildung angegeben, die vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise alternativ zu einer spiralförmigen Schlitzung an dem Anschlagelement ausgestaltet ist. Das Anschlagelement kann hierbei nicht nur in einem Teilbereich entlang der Längsachse, sondern auch vollständig entsprechend der gemäß Anspruch 5 vorgeschlagenen Anordnung ausgestaltet sein.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 hat hierbei ferner den Vorteil, dass sich im entspannten Ausgangszustand zwischen den Wellfederscheiben bestehende Zwischenräume beim Zusammendrücken schließen, wodurch plastische Verformungen auch bei hohen Kräften verhindert sind. Ferner kann gegebenenfalls auch ein Verdrängungs- und Einströmeffekt bezüglich der Zwischenräume in vorteilhafter Weise zur Dämpfung genutzt werden.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass eine einfache Montage möglich ist. Außerdem können unerwünschte, relative Drehungen der einzelnen Wellscheiben zueinander somit verhindert werden. Bei einer Weiterbildung gemäß Anspruch 7 kann die stoffschlüssige Verbindung beispielsweise durch Schweißen ausgestaltet sein.
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Außerdem ist eine vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 8 möglich. Unter einer hülsenförmigen Ausgestaltung ist hierbei beispielsweise eine hohlzylinderförmige Ausgestaltung, also eine zylinderförmige Ausgestaltung mit einer sich entlang der Längsachse erstreckenden Durchgangsbohrung, zu verstehen. Das auf einer solchen hülsenförmigen Ausgestaltung basierende Anschlagelement kann dann beispielsweise eine innere zylindermantelförmige Mantelfläche und eine äußere zylindermantelförmige Mantelfläche aufweisen, wobei geeignete Modifikationen, wie Schlitze oder Ausnehmungen, möglich sind. Die hülsenförmige Ausgestaltung ist allerdings nicht auf solche zylindermantelförmige Mantelflächen beschränkt. Bei einer möglichen Verbindung des Endabschnitts mit der Ventilnadel kann beispielsweise eine Schweißverbindung realisiert sein.
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Bei der Weitebildung gemäß Anspruch 9 können in vorteilhafter Weise hydraulische Effekte zur Dämpfung genutzt werden. Speziell kann die äußere Hülse hier so ausgestaltet sein, dass aus zumindest einem Schlitz des Anschlagelements verdrängtes Fluid zurückgehalten und somit nur gedrosselt entweichen kann. Entsprechend wird dann auch das Einströmen bei der Entspannung des Anschlagelements gedrosselt.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 10 hat hierbei den Vorteil, dass über einen gewissen Weg anfangs eine geringere Drosselung realisiert werden kann, wobei die Drosselung beim Zusammendrücken des Federabschnitts zunimmt, da dieser hierbei zunehmend in die äußere Hülse gelangt. Zusätzlich oder alternativ kann die äußere Hülse auch zur Wegbegrenzung eingesetzt werden, um ein vollständiges Zusammendrücken des Federabschnitts zu verhindern.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung mit einem Anschlagelement;
- 2 das Anschlagelement des in 1 dargestellten Ventils entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer räumlichen Darstellung;
- 3 das Anschlagelement des in 1 dargestellten Ventils entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer räumlichen Darstellung;
- 4 eine auszugsweise, abgewandelte Darstellung des in 1 gezeigten Ventils mit einem Anschlagelement entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel und
- 5 das in 4 auszugsweise dargestellte Ventil entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der solche Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile 1 ausgebildet sind und zur direkten Einspritzung von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Als Brennstoff können hierbei flüssige oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz kommen.
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Das Ventil 1 weist einen elektromagnetischen Aktuator 2 auf, der einen Anker 3, eine Magnetspule 4 und einen Innenpol 5 umfasst. Beim Bestromen der Magnetspule 4 wird ein Magnetkreis über den Innenpol 5 geschlossen, wodurch eine Betätigung des Ankers 3 in einer Öffnungsrichtung 6 entlang einer Längsachse 7 einer Ventilnadel 8 erfolgt.
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Wie es bei dieser möglichen Ausgestaltung der Fall ist, kann das von dem Ventil 1 zugemessene Fluid durch einen Innenraum 9 innerhalb eines Gehäuses 10 des Ventils 1, in dem sich unter anderem der Anker 3 befindet, geführt werden beziehungsweise sich in diesem befinden. Dies ist besonders bei einer Zumessung eines flüssigen Fluids von Vorteil. Das Fluid kann dann beispielsweise über mehrere koaxial zu der Längsachse 7 ausgestaltete Durchgangsbohrungen 11, 12 des Ankers 3 und seitlich über einen hohlzylinderförmigen Ringspalt 13 den Anker 3 passieren.
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Bei einer abgewandelten Ausgestaltung, insbesondere bei der Zumessung eines gasförmigen Fluids, kann der Innenraum 9, in dem sich der Anker 3 befindet, auch mit einem anderen, vorzugsweise flüssigen Fluid gefüllt sein.
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Die Ventilnadel 8 wirkt mit einer Ventilsitzfläche 14 zu einem Dichtsitz zusammen, wobei bei geöffnetem Dichtsitz Brennstoff von dem Innenraum 9 über den geöffneten Dichtsitz sowie über in dem Gehäuse 10 ausgestaltete Spritzlöcher 15, 16 in einen Raum 17 eingespritzt wird, bei dem es sich vorzugsweise um einen Brennraum 17 einer Brennkraftmaschine handelt. Hierbei ist eine Ventilfeder 20 vorgesehen, die die Ventilnadel 8 entgegen der Öffnungsrichtung 6 gegen die Ventilsitzfläche 14 beaufschlagt. Dadurch ist bei dieser Ausgestaltung ein innenöffnendes Ventil 1 realisiert. Das Ventil 1 kann in einer entsprechend abgewandelten Ausgestaltung allerdings auch als außenöffnendes Ventil 1 ausgestaltet sein.
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An der Ventilnadel 8 sind mit dieser verbundene Anschlagelemente 21, 22 angeordnet, die die Bewegbarkeit des Ankers 3 entlang der Längsachse 7 relativ zu der Ventilnadel 8 begrenzen. Ein Abstand zwischen den Anschlagelementen 21, 22 ist hierbei so eingestellt, dass sich ein Ankerfreiweg 23 für den Anker 3 ergibt, über den der Anker 3 relativ zu der Ventilnadel 8 bewegbar ist. Eine Rückstellfeder 24 wirkt bei dieser Ausgestaltung über einen Federkä25, der mit dem Anker 3 verbunden ist, auf den Anker 3 ein, um diesen im Ausgangszustand in Anlage an dem Anschlagelement 21 zu halten.
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Der Anker 3 weist voneinander abgewandte Stirnseiten 26, 27 auf. Die Stirnseite 26 ist hierbei einer Anschlagfläche 28 des Anschlagelements 21 zugewandt. Die Stirnseite 27 ist einer Anschlagfläche 29 des Anschlagelements 22 zugewandt.
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Bei einer Betätigung des Aktuators 2 wird der Anker 3 in der Öffnungsrichtung 6 beschleunigt, wobei die Ventilnadel 8 zunächst in ihrer Ausgangsstellung verharrt, in der der Dichtsitz noch geschlossen ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs 23 schlägt der Anker 3 mit seiner Stirnseite 27 an der Anschlagfläche 29 des Anschlagelements 22 an. Hierdurch kommt es zu einem Öffnungsimpuls auf die Ventilnadel 8, die zum zuverlässigen Öffnen des Ventils 1 entgegen der Kraft der Ventilfeder 20 führt. Der Anker 3 nimmt die Ventilnadel 8 dann in der Öffnungsrichtung 6 mit, bis der Anker 3 an dem Innenpol 5 anschlägt. Hierbei kann es gegebenenfalls zu einem gewissen Durchschwingen der Ventilnadel 8 relativ zu dem Anker 3 in und entgegen der Öffnungsrichtung 6 kommen.
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Zum Schließen des Ventils 1 wird die Magnetspule 4 stromlos geschaltet, so dass aufgrund der Kraft der Ventilfeder 20 die Ventilnadel 8 entgegen der Öffnungsrichtung 6 verstellt wird, wobei die Ventilnadel 8 über das Anschlagelement 22 den Anker 3 mitnimmt. Beim Anschlagen der Ventilnadel 8 an der Ventilsitzfläche 14 löst sich der Anker 3 von dem Anschlagelement 2 und bewegt sich dann entgegen der Öffnungsrichtung 6 relativ zu der Ventilnadel 8, bis er an dem Anschlagelement 21 anschlägt.
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Beim Anschlagen des Ankers 3 an dem Anschlagelement 21 ist eine Dämpfung vorteilhaft, um ein Rückprellen des Ankers 3 zu vermeiden. Zum einen soll eine rasche Beruhigung des Ankers 3 erreicht werden, um beispielsweise im Rahmen einer Mehrfacheinspritzfähigkeit auch während eines Einspritzzykluses kurz hintereinander Einspritzungen zu ermöglichen. Zum anderen kann es beim Rückprellen auch zu einer vollständigen Durchlaufungen des Ankerfreiwegs 23 kommen, wobei der Anker 3 gegebenenfalls erneut an dem Anschlagelement 22 anschlägt und es hierdurch zum kurzzeitigen Öffnen des Ventils 1 kommt, was unerwünscht ist.
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Mögliche Ausführungsbeispiele für ein Ventil 1 mit einem Anschlagelement 21, das eine vorteilhafte Dämpfung ermöglicht, sind nachfolgend auch unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 näher erläutert. Je nach Anwendungsfall kann zusätzlich oder alternativ eine solche Dämpfung auch an dem Anschlagelement 22 realisiert werden. Hierdurch können je nach Ausgestaltung geeignete Vorteile erzielt werden. Unter anderem kann durch einen geringeren Anschlagimpuls ein Verschleiß an den beteiligten Komponenten, insbesondere dem Anker 3, dem Anschlagelement 21, 22 und der Ventilsitzfläche 14, erzielt werden. Des weiteren wird durch einen reduzierten Verschleiß auch eine geringere Funktionsänderung über die Lebensdauer des Ventils 1 gewährleistet. Des weiteren können durch dämpfende Maßnahmen unerwünschte Geräuschemissionen zumindest vermindert werden.
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2 zeigt das Anschlagelement 21 des in 1 dargestellten Ventils 1 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen, räumlichen Darstellung. Das Anschlagelement 21 ist als metallisches Anschlagelement 21 ausgebildet. Ferner ist das Anschlagelement 21 in Form einer elastischen Anschlaghülse 21 ausgestaltet, wobei die Elastizität durch eine in diesem Ausführungsbeispiel teilweise spiralförmige Ausführung ähnlich einer Spiralfeder gewährleistet ist. Das Anschlagelement 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine äußere Mantelfläche 30 in Form einer Zylindermantelfläche 30 auf. Ferner weist das Anschlagelement 21 eine innere Mantelfläche 31 in Form einer Zylindermantelfläche 31 auf. In einem sich entlang der Längsachse 7 über das Anschlagelement 21 erstreckenden Teilbereich 32 ist in dem Anschlagelement 21 eine spiralförmige Schlitzung 33 ausgestaltet, die sich mehrfach spiralförmig um die Längsachse 7 erstreckt. Die Schlitzung 33 erstreckt sich hierbei von der äußeren Mantelfläche 30 bis zur inneren Mantelfläche 31.
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Das Anschlagelement 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Stirnseite 34 auf, die von der Anschlagfläche 28 beziehungsweise im montierten Zustand von dem Anker 3 abgewandt ist. Von der Stirnseite 34 aus erstreckt sich entlang der Längsachse 7 ein Endabschnitt 35, der sich in diesem Ausführungsbeispiel bis zu dem Teilbereich 32 erstreckt. An dem Endabschnitt 35 wird das Anschlagelement 21 an seiner inneren Mantelfläche 31 und/oder an seiner Stirnseite 34 auf geeignete Weise, insbesondere stoffschlüssig, mit der Ventilnadel 8 verbunden. Als stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere eine Schweißverbindung ausgestaltet werden. Auch durch Pressen oder durch eine andere geeignete Fügetechnik kann eine feste Verbindung mit der Ventilnadel 8 realisiert werden. In dem Teilbereich 32 ist dann eine gewisse axiale Bewegbarkeit des Anschlagelements 21 relativ zu der Ventilnadel 8 möglich.
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Somit kann zumindest eine der folgenden Wirkungen erzielt werden. Der Anker 3 kann durch das als elastische Anschlaghülse 21 ausgebildete Anschlagelement 21 über einen längeren Weg abgebremst werden. Im Vergleich zu einem steifen Anschlagelement 21 aus einem Vollmaterial, bei der sich bei einer dynamischen Betrachtung eine Einfederung im Bereich von 10 µm ergeben kann, können durch das elastische Anschlagelement 21 Federwege von beispielsweise 100 µm genutzt werden. Bei einer dynamischen Betrachtung kann hierbei ein ein- oder mehrmaliges Ein- und Ausfedern erfolgen, so dass zusätzlich eine Dämpfung durch die Viskosität des umgebenden Mediums, insbesondere des flüssigen Fluids, möglich ist und es zu einer schnellen Beruhigung des Ankers 3 kommt. Die höhere dämpfende Wirkung durch Fluidreibung ergibt sich hierbei am Anker 3 durch den größeren Einfederweg. Zusätzlich können noch hydraulische Effekte am Anschlagelement 21 wirken.
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Eine weitere Wirkungsweise zur hydraulischen Dämpfung am Anschlagelement 21 besteht durch das Verdrängen und Einströmen eines flüssigen Mediums, insbesondere des flüssigen Fluids, aus beziehungsweise in die spiralförmige Schlitzung 33. Hierfür ist insbesondere eine Komprimierung beziehungsweise ein Zusammendrücken des Anschlagelements 21 auf Block vorteilhaft. Durch solch ein Komprimieren ergeben sich zusätzliche Kontakte zwischen Windungen 40, 41 der im Teilbereich 32 als Spiralhülse ausgestalteten Hülse 21. Das Herstellen und Auflösen dieser Kontakte hat eine dämpfende Wirkung. Je größer die beteiligten Flächen dimensioniert sind, die zusätzlich zu der Kontaktfläche an der Anschlagfläche 28 und der Stirnseite 26 des Ankers 3 in Kontakt gebracht werden, desto größer wird die dämpfende Wirkung. Der Vorteil dieser Ausgestaltung gegenüber einer vergrößerten Kontaktfläche zwischen dem Anker 3 und dem Anschlagelement 21 liegt in der Richtungsabhängigkeit. Während die Dämpfung an der Kontaktfläche zwischen dem Anker 3 und dem Anschlagelement 21 auch beim Betätigen beziehungsweise Öffnen des Ventils 1 wirkt und damit das Öffnungsverhalten dämpft und somit in der Regel negativ beeinflusst, wirkt die Dämpfung zwischen den Windungen 40, 41 nur beim Anprallen, insbesondere beim Schließen. Dies wird durch eine Abstimmung des Ventils 1 erreicht, bei der im Ruhezustand, also bei an der Anschlagfläche 28 des Anschlagelements 21 ruhendem Anker 3, kein Kontakt zwischen den einzelnen Windungen 40, 41 vorliegt, das heißt, dass das Anschlagelement 21 mit der spiralförmigen Schlitzung 33 im Ausgangszustand bei beruhigtem Anker 3 nicht auf Block zusammengedrückt ist.
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3 zeigt das Anschlagelement 21 des in 1 dargestellten Ventils 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer räumlichen Darstellung. Das Anschlagelement 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend einer Anordnung 42 aus aufeinanderliegenden Wellfederscheiben 43 bis 46 ausgestaltet. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich diese Ausgestaltung entlang der Längsachse 7 über die gesamte Baulänge 47 der Anordnung 42. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann sich diese Anordnung 42 auch nur über einen Teilbereich 32 erstrecken, wie er in der 2 veranschaulicht ist.
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Die Anordnung 42 aus den Wellfederscheiben 43 bis 46 ist in diesem Ausführungsbeispiel so ausgestaltet, dass das Anschlagelement 21 auf Block zusammendrückbar ist. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann sich dies entsprechend auf den Teilbereich 32 beziehen.
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Die Wellfederscheiben 43 bis 46 sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Ferner wird die Anordnung 42 an der Ventilnadel 8 durch Schweißen, Pressen oder eine andere geeignete Fügetechnik fixiert, wobei der Anker 3 beim Schließen des Ventils 1 an der Anschlagfläche 28 der Wellfederscheibe 43 anschlägt. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Anordnung 42 auch aus einer anderen Anzahl von Wellfederscheiben 43 bis 46 bestehen, also aus zwei oder mehr solcher Wellfederscheiben 43 bis 46.
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Hierbei können zumindest eine der folgenden Wirkungsweisen realisiert werden. Durch die Anordnung 42 wird ein elastischer Anschlag realisiert, der den Anker 3 über einen längeren Weg abbremst. Im Vergleich zu einem steifen Anschlag, bei dem ein Abbremsen des Ankers 3 im Bereich von 10 µm liegen kann, kann durch die elastische Ausgestaltung beispielsweise ein Einfederweg von 100 µm realisiert werden. Das umgebende Medium hat damit eine höhere dämpfende Wirkung durch Fluidreibung.
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Bei einer vorzugsweise realisierten Wirkungsweise wird die Anordnung 42 aus den Wellfederscheiben 43 bis 46 beim Anprallen des Ankers 3 bis auf Block komprimiert beziehungsweise zusammengedrückt. Dadurch ergeben sich zusätzliche Kontakte zwischen den einzelnen Wellfederscheiben 43 bis 46 der Anordnung 42. Das Herstellen und Auflösen dieser Kontakte hat eine dämpfende Wirkung. Je größer die Fläche dimensioniert ist, die zusätzlich zur Kontaktfläche zwischen dem Anker 3 und der Anschlagfläche 28 des Anschlagelements 21 in Kontakt gebracht wird, desto größer ist die dämpfende Wirkung. Der Vorteil dieser Ausgestaltung hat gegenüber einer vergrößerten Kontaktfläche zwischen dem Anker 3 und der Anschlagfläche 28 des Anschlagelements 21 den Vorteil einer Richtungsabhängigkeit. Während die Dämpfung an der Kontaktfläche zwischen dem Anker 3 und dem Anschlagelement 21 auch beim Öffnen des Ventils 1 wirkt und damit das Öffnungsverhalten in der Regel negativ beeinflusst, wirkt die Dämpfung mittels der Anordnung 42 aus den Wellfederscheiben 43 bis 46 beim Anprallen, insbesondere Schließen. Das Ventil 1 wird hierbei vorzugsweise so abgestimmt, dass im Ausgangszustand, in dem der beruhigte Anker 3 an der Anschlagfläche 28 ruht, die Anordnung 42 aus den Wellfederscheiben 43 bis 46 nicht auf Block zusammengedrückt ist, sondern Zwischenräume 48A bis 48D bestehen, wobei zur Vereinfachung der Darstellung in der 3 nur die Zwischenräume 48A bis 48D gekennzeichnet sind.
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4 zeigt eine auszugsweise, abgewandelte Darstellung des in 1 gezeigten Ventils 1 mit einem Anschlagelement 21 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist an dem Anker 3 eine Ringnut 50 ausgestaltet. Die Ringnut 50 erstreckt sich hierbei von der Stirnseite 27 des Ankers 3 entgegen der Öffnung 6, wobei diese mit den einzelnen Durchgangsbohrungen 11, 12 verschnitten ist. In der Ringnut 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel die Rückstellfeder 24 angeordnet, um den Anker 3 in seiner Ausgangsstellung in Anlage an der Anschlagfläche 28 des Anschlagelements 21 zu halten.
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Das Anschlagelement 21 ist durch eine ringförmige Schweißnaht 51 fest mit der Ventilnadel 8 verbunden. Die ringförmige Schweißnaht 51 befindet sich hierbei in dem Endabschnitt 35 des Anschlagelements 21. Hierdurch ist eine gewisse Bewegbarkeit des Anschlagelements 21 in seinem Teilbereich 32 relativ zu der Ventilnadel 8 ermöglicht, um das Einfedern des Anschlagelements 21 beim Anprallen des Ankers 3 entgegen der Öffnungsrichtung 6 an dieses zu ermöglichen.
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5 zeigt das in 4 auszugsweise dargestellte Ventil 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine äußere Hülse 60 vorgesehen, die das mit der Ventilnadel 8 verbundene Anschlagelement 21 entlang der Längsachse 7 zumindest in dem Federabschnitt 32, in dem das Anschlagelement 21 elastisch verformbar ist, zumindest abschnittsweise umschließt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die äußere Hülse 60 an dem Endabschnitt 35 mit dem Anschlagelement 21 verbunden. Dies kann beispielsweise über die hier dargestellte umlaufende Schweißnaht 61 realisiert werden. Somit ist die äußere Hülse 60 mittelbar mit der Ventilnadel 8 verbunden.
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Bei dieser Ausgestaltung wirkt die äußere Hülse 60 sowohl als Anschlaghülse 60 als auch als Dämpferhülse 60 mit dem Teilbereich 32 des Anschlagelements 21 als integrierte Feder. Das Anschlagelement 21 ist hierbei in die Hülse 60 mit vorzugsweise sehr engen Spaltmaßen eingepasst. Hierdurch kommt es zu einer erhöhten Dämpfung des Ankers 3, insbesondere beim Schließen des Ventils 1. Gegenüber einem herkömmlichen Anschlag, der hart und steif ausgeführt ist, wird die Bewegungsenergie über einen längeren Weg und durch das Verdrängen von größeren Fluidvolumina abgebaut. Damit kann mehr Energie dissipiert werden und ein Prellen des Ankers 3 wird vermindert.
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Bei einer möglichen Funktionsweise und Ausgestaltung des Ventils 1 wird nach dem Ende der Bestromung der Magnetspule 4 die Ventilnadel 8 durch den Fluiddruck und die Schließkraft der Ventilfeder 20 in Richtung der Ventilsitzfläche 14 beschleunigt. Nach dem Durchlaufen des Öffnungshubs in umgekehrter Richtung trifft die Ventilnadel 8 auf die Ventilsitzfläche 14 auf und wird bis zum Stillstand abgebremst. Da der Anker 3 nicht fest mit der Ventilnadel 8 verbunden ist, behält der Anker 3 nach dem Schließen des Dichtsitzes seine Geschwindigkeit näherungsweise bei, bis er auf das hülsenförmige Anschlagelement 21 trifft. Ab diesem Zeitpunkt wird das Anschlagelement 21 durch den Anker 3 elastisch verformt und der Anker 3 abgebremst. Zudem kann weitere kinetische Energie des Ankers 3 dissipiert werden, um die anschließend rückwärts gerichtete Bewegung des Ankers 3, die wiederum in der Öffnungsrichtung 6 erfolgt, zu verringern und um eine schnellere Berührung des Ankers 3 zu erreichen.
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Um dies zu erreichen, wird das Anschlagelement 21 in diesem Ausführungsbeispiel mit der äußeren Hülse 60 kombiniert, die als harter Anschlag dient. Denn das zwischen den Windungen 40, 41 in der spiralförmigen Schlitzung 33 vorhandene flüssige Fluid muss beim Abbremsen des Ankers 3 in den übrigen Innenraum 9 verdrängt werden.
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Je nach Ausgestaltung des Ventils können hierbei zumindest eine der folgenden Wirkungsweisen erzielt werden. Wenn der Anker 3 beim Schließen des Ventils 1 auf das Anschlagelement 21 trifft, dann werden die durch die spiralförmige Schlitzung 33 im entspannten Zustand bestehenden Spalte zwischen den Windungen 40, 41 geschlossen und das darin befindliche flüssige Fluid verdrängt. Das flüssige Fluid muss außerdem durch die engen Spalte zwischen der äußeren Hülse 60 und der äußeren Mantelfläche 30 des Anschlagelements 21 strömen, was eine höhere Dämpfung bedingt und auch einen Druckanstieg in einem Bereich 62 zwischen der äußeren Hülse 60 und der Stirnseite 26 des Ankers 3 ermöglicht, was den Anker 3 zusätzlich abbremst.
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Das Rückprellen des Ankers 3 kann zusätzlich vermindert werden, da beim Rückprellen des Ankers 3 in der Öffnungsrichtung 6 flüssiges Fluid in die sich öffnenden Zwischenräume zwischen den Windungen 40, 41 fließen muss. Dies führt an verschiedenen Stellen zu einem Unterdruck, der den Anker 3 abbremst.
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Da in der Ausgangslange des Ankers 3 in dem Bereich 62 ein Abstand zwischen der äußeren Hülse 60 und der Stirnseite 26 des Ankers 3 vorgegeben ist, besteht keine direkte Anlage des Ankers 3 an der äußeren Hülse 60 am Beginn einer Betätigung des Ventils 1, wodurch ein diesbezügliches hydraulisches Kleben verhindert ist und somit diesbezüglich keine Verzögerung beziehungsweise Dämpfung im Öffnungsverhalten des Ventils 1 besteht.
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Somit ist es vorteilhaft, dass der Teilbereich 32 beziehungsweise Federabschnitt 32 des Anschlagelements 21 an einem dem Anker 3 zugewandten Ende 63 im entspannten Zustand, also insbesondere im Ausgangszustand einer Betätigung, entlang der Längsachse 7 vor die äußere Hülse 60 springt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19950761 A1 [0002, 0003]
