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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem elektromagnetisch betätigbaren Saugventil.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2016 211 679 A1 geht beispielhaft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, hervor, das ein zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbares Ventilglied sowie einen elektromagnetischen Aktor zur Betätigung des Ventilglieds umfasst. Der elektromagnetische Aktor weist einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden Magnetanker und eine Magnetspule zur Einwirkung auf den Magnetanker auf. Der Magnetanker ist über seinen Außenmantel in einer Ausnehmung eines Trägerelements hubbeweglich geführt. Da über die Betriebsdauer des Einlassventils der Magnetanker viele Hubbewegungen ausführt, die zu einem Verschleiß am Außenmantel des Magnetankers und/oder am Trägerelement führen, ist zumindest eine dieser Oberflächen in einem Nachbearbeitungsschritt geglättet und/oder kaltverfestigt worden. Auf diese Weise erhöht sich die Robustheit des Einlassventils. Die Glättung wirkt zudem Ablagerungen an den Führungsflächen entgegen, welche die Hubbewegung des Magnetankers beeinträchtigen könnten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe anzugeben, das hoch dynamische Ankerbewegungen und damit kurze, reproduzierbare Ventilschaltzeiten ermöglicht. Auf diese Weise soll Ventilschaltzeitschwankungen entgegengewirkt werden.
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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 für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe vorgeschlagene elektromagnetisch betätigbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der zumindest abschnittsweise in einem Ventilkörper aufgenommen ist. Der Ventilkörper weist einen Ringbund auf, an dem ein ringförmiges Anschlagelement abgestützt und zumindest abschnittsweise in den Ringbund eingepresst ist. Erfindungsgemäß ist das Anschlagelement im Bereich von ober-, unter- und/oder umfangseitig angeordneten Ausnehmungen gezielt geschwächt und verformt, so dass das Anschlagelement eine dem Anker zugewandte unebene Anschlagfläche ausbildet.
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Durch die unebene Anschlagfläche wird der Kontaktbereich des Anschlagelements mit dem Anker verringert, wenn dieser zur Anlage an dem Anschlagelement gelangt. Das heißt, dass zwischen dem Anker und dem Anschlagelement befindliches Fluid beim Anschlagen des Ankers nicht vollständig verdrängt wird. Ferner kann schneller Fluid nachströmen, wenn sich der Anker beim nächsten Hub von der Anschlagplatte wegbewegt. Auf diese Weise wird einem hydraulischen Kleben des Ankers am Anschlagelement entgegengewirkt, so dass die Dynamik des Ankers steigt.
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Durch Reduzierung des Kontaktbereichs zwischen dem Anker und dem Anschlagelement können somit reduzierte Ventilschaltzeiten sowie eine Reduzierung der Ventilschaltzeitschwankungen erzielt werden.
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Die Unebenheit der Anschlagfläche des Anschlagelements besteht dabei nicht von vorne herein, sondern wird erst durch die Verformung des Anschlagelements beim Einpressen in den Ringbund des Ventilkörpers bzw. durch den Presssitz erreicht. Die hierüber in das Anschlagelement eingebrachten Spannungen bewirken, dass sich das Anschlagelement in den geschwächten Bereichen elastisch und/oder plastisch verformt. Das Anschlagelement kann demnach ursprünglich mit einer ebenen Anschlagfläche gefertigt worden sein. Die der Schwächung dienenden Ausnehmungen können bei der Fertigung des Anschlagelements direkt mit eingeformt oder in einem materialabtragenden Verfahren nachträglich eingebracht worden sein.
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Bevorzugt weist die Anschlagfläche des in den Ringbund des Ventilkörpers eingepressten Anschlagelements mindestens zwei Erhebungen oder Aufwölbungen auf. Das heißt, dass mindestens zwei Ausnehmungen im Anschlagelement ausgebildet sind, im Bereich derer es beim Einpressen des Anschlagelements in den Ringbund jeweils zu einer Erhebung oder Aufwölbung kommt. Die mindestens zwei Erhebungen bzw. Aufwölbungen ergeben vorzugsweise ein umlaufendes Wellenprofil, so dass keine durchgehende, ringförmige Kontaktfläche, sondern einzelne Kontaktpunkte geschaffen werden, die in einem bestimmten Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die ober-, unter- und/oder umfangseitig in das Anschlagelement eingebrachten Ausnehmungen im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass das Anschlagelement beim Einpressen in den Ringbund gleichmäßig verformt wird. Bei der Verformung entstehende Erhebungen oder Aufwölbungen sind demnach ebenfalls in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet, was den Vorteil aufweist, dass das Anschlagelement beim Anschlagen des Ankers gleichmäßig belastet wird.
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Vorteilhafterweise ist das Anschlagelement drehsymmetrisch in Bezug auf einen Winkel α ausgebildet, der kleiner als 360° ist. Der Winkel α kann beispielsweise 180°, 120°, 90°, 72° oder 60° betragen. Das heißt, dass bei einer Drehung des Anschlagelements um den Winkel α es auf sich selbst abgebildet wird. Die Anzahl der im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Ausnehmungen beträgt dementsprechend 2, 3, 4, 5 oder 6.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die zur Schwächung vorgesehenen Ausnehmungen in einem die Anschlagfläche ausbildenden plattenförmigen Abschnitt des Anschlagelements ausgebildet. Die Anordnung der Ausnehmungen erfolgt demnach in dem zu verformenden Abschnitt. Die Verformung ist dadurch gut kontrollierbar. Beispielsweise können die Ausnehmungen außenumfangseitig angeordnet sein, so dass sie sich von radial außen nach radial innen, und zwar über die gesamte Höhe des plattenförmigen Abschnitts erstrecken. Die Ausnehmungen können aber auch an der dem Ringbund zugewandten Unterseite des plattenförmigen Abschnitts des Anschlagelements ausgebildet und bis nach radial außen geführt sein.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmungen in einem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Anschlagelements ausgebildet sind, über den das Anschlagelement in den Ringbund eingepresst ist. Das heißt, dass die über den Presssitz in das Anschlagelement eingebrachten Spannungen nicht gleichmäßig verteilt sind und das Anschlagelement entsprechend verformt wird. Die Ausnehmungen können sich insbesondere von der Unterseite des hohlzylinderförmigen Abschnitts in Richtung des plattenförmigen Abschnitts erstrecken. Reichen sie bis an den plattenförmigen Abschnitt heran, unterteilen sie den hohlzylinderförmigen Abschnitt in stehenbleibende kreisbogenförmige Segmente.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Anker in axialer Richtung von mindestens einer Durchströmöffnung durchsetzt ist. Die Durchströmöffnung ermöglicht bei einer Hubbewegung des Ankers einen Druckausgleich, da sie ober- und unterhalb des Ankers gelegene Druckräume miteinander verbindet. Folglich fördert die Durchströmöffnung eine schnelle Rückstellung des Ankers. Vorzugsweise sind mehrere dezentral angeordnete Durchströmöffnungen in gleichem Winkelabstand zueinander im Anker ausgebildet, so dass ein großer Gesamtströmungsquerschnitt geschaffen wird. Über die mindestens eine Durchströmöffnung wird zugleich die Masse des Ankers reduziert, so dass dessen Dynamik weiter steigt.
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Bevorzugt ist der Anker mit einem hubbeweglichen Ventilglied des Saugventils koppelbar und in Richtung des Ventilglieds von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Die Federkraft der Feder kann zur Rückstellung des Ankers genutzt werden. Diese ist vorzugsweise so stark ausgelegt, dass sie über den Anker eine öffnende Kraft auf das Ventilglied ausübt.
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Die darüber hinaus vorgeschlagene Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Saugventil aufweist. Das Saugventil ist dabei bevorzugt in ein Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert. Auf diese Weise kann eine kompakt bauende Kraftstoff-Hochdruckpumpe geschaffen werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Saugventil, das in eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist,
- 2 eine Seitenansicht des Anschlagelements des Saugventils der 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Anschlagelements des Saugventils der 1,
- 4 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Anschlagelements,
- 5 eine perspektivische Darstellung eines dritten Anschlagelements und
- 6 eine perspektivische Darstellung eines vierten Anschlagelements.
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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 13 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 2 in der Weise integriert, dass ein Ventilglied 11 des Saugventils 1 über eine im Gehäuseteil 13 ausgebildete Bohrung 16 hubbeweglich geführt ist. Das Saugventil 1 dient der Befüllung eines im Gehäuseteil 13 ausgebildeten Hochdruckelementraums 17 mit Kraftstoff. Der dem Hochdruckelementraum 17 über das Saugventil 1 zugeführte Kraftstoff wird im Hochdruckelementraum 17 über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens 18 komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 19 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
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Das Ventilglied 11 des Saugventils 1 öffnet in den Hochdruckelementraum 17 hinein. In Schließrichtung wird es von der Federkraft einer Ventilfeder 20 beaufschlagt, die das Ventilglied 11 in Richtung eines Ventilsitzes 21 zieht. Um das Saugventil 1 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 20 zu öffnen oder geöffnet zu halten, ist eine weitere Feder 12 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 20 ist. Die weitere Feder 12 ist einerseits an einem mit dem Ventilglied 11 koppelbaren Anker 4, andererseits an einem Polkern 14 abgestützt, der dem Anker 4 an einem Arbeitsluftspalt 15 gegenüberliegt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Anker 4 vorgesehene Magnetspule 3 unbestromt, drückt die Feder 12 den Anker 4 gegen ein Anschlagelement 7, das an einem Ringbund 6 eines Ventilkörpers 5 abgestützt ist. Das Anschlagelement 7 definiert eine Endlage des Ankers 4. In dieser Lage hält der Anker 4 bzw. die Federkraft der Feder 12 das Ventilglied 11 geöffnet. Wird die Magnetspule 3 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Anker 4 in Richtung des Polkerns 14 bewegt, um den Arbeitsluftspalt 15 zu schließen. Dabei löst sich der Anker 4 vom Ventilglied 11, so dass die Ventilfeder 20 das Ventilglied 11 in den Ventilsitz 21 zu ziehen vermag.
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Der Anker 4 ist von Kraftstoff umströmt. Um bei einem Hub des Ankers 4 einen Druckausgleich zu ermöglichen, weist der Anker 4 mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Durchströmöffnungen 10 auf, die den Arbeitsluftspalt 15 mit einem Zulaufbereich 22 der Hochdruckpumpe 2 verbinden. Somit kann Kraftstoff aus dem Arbeitsluftspalt 15 in Richtung des Zulaufbereichs verdrängt werden. Dadurch steigt die Dynamik des Ankers 4.
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Um die Dynamik des Ankers 4 weiter zu steigern, weist das Saugventil 1 der 1 ein Anschlagelement 7 auf, das in den 2 und 3 näher dargestellt ist. Den 2 und 3 ist zu entnehmen, dass das Anschlagelement 7 einen plattenförmigen Abschnitt 7.1 und einen hohlzylinderförmigen Abschnitt 7.2 aufweist. Der plattenförmige Abschnitt 7.1 bildet eine Anschlagfläche 9 für den Anker 4 aus. Ferner ist das Anschlagelement 7 über den plattenförmigen Abschnitt 7.1 am Ringbund 6 des Ventilkörpers 5 abgestützt. Über den hohlzylinderförmigen Abschnitt 7.2 ist das Anschlagelement 7 in den Ringbund 6 des Ventilkörpers 5 eingepresst.
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Der plattenförmige Abschnitt 7.1 weist außenumfangseitig mehrere Ausnehmungen 8 auf, die sich nach radial innen bis fast an den hohlzylinderförmigen Abschnitt 7.2 erstrecken. Die Ausnehmungen 8 führen zu einer Schwächung des Anschlagelements 7, so dass sich das Anschlagelement 7 beim Einpressen in den Ringbund 6 des Ventilkörpers 5 verformt. Wie in der 2 durch eine Linie verdeutlicht, wölbt sich im Bereich der Ausnehmungen 8 der plattenförmige Abschnitt 7.1 beim Einpressen derart auf, dass eine unebene Anschlagfläche 9 geschaffen wird. Der Kontaktbereich zwischen dem Anker 4 und dem Anschlagelement 7 wird auf diese Weise reduziert, was zur Folge hat, dass einem hydraulischen Kleben des Ankers 4 am Anschlagelement 7 entgegengewirkt wird.
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In den nachfolgenden Figuren sind weitere Ausführungsformen eines Anschlagelements 7 für ein erfindungsgemäßes Saugventil 1 dargestellt, mit denen die gleiche Wirkung erzielbar ist.
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Das in der 4 dargestellte Anschlagelement 7 weist Ausnehmungen 8 auf, die ebenfalls im plattenförmigen Abschnitt 7.1 ausgebildet sind, sich allerdings nicht über die gesamte Höhe des plattenförmigen Abschnitts 7.1 erstrecken. Die Ausnehmungen 8 sind auf der der Anschlagfläche 9 abgewandten Seite, das heißt auf der Unterseite des plattenförmigen unterseitig angeordnet und sind bis nach radial außen geführt.
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Das in der 5 dargestellte Anschlagelement 7 weist Ausnehmungen 8 im hohlzylinderförmigen Abschnitt 7.2 auf. Die Ausnehmungen 8 sind in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet, wobei der Winkelabstand 90° beträgt. Insgesamt weist das Anschlagelement 7 vier Ausnehmungen 8 auf.
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Das in der 6 dargestellte Anschlagelement 7 weist im hohlzylinderförmigen Abschnitt 7.2 zwei großflächige Ausnehmungen 7, die einander gegenüberliegen. Der hohlzylinderförmige Abschnitt 7.2 wird daher nur noch durch zwei kreisbogenförmige Segmente gebildet. Hierüber wird beim Einpressen in den Ringbund 6 eine Verformungskraft in das Anschlagelement 7 eingeleitet, so dass sich dieses entsprechend verformt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016211679 A1 [0002]
