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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen einer Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff oder Harnstoff oder Wasser, für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Montage eines Injektors.
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Injektoren für Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bei Kraftstoffinjektoren wird beispielsweise Kraftstoff über feine Durchgangsöffnungen zerstäubt. Moderne Injektoren sind dabei mit höchster Genauigkeit gefertigt und müssen vor Schädigung und Verschleiß durch Partikel im Kraftstoff geschützt werden. Hierzu werden üblicherweise Filter verwendet. Dabei ist es bekannt, einen Filter auch unmittelbar im Injektor, vorzugsweise in einem Zulaufbereich des Kraftstoffs in den Injektor zu integrieren. Somit können die Bauteile des Injektors vor einer Beschädigung durch Partikel in der einzuspritzenden Flüssigkeit geschützt werden. Wird der Injektor bereits vor der endgültigen Montage auf die Einspritzmenge eingestellt und danach noch fertig montiert (z.B. zur Herstellung der Steckerumspritzung für eine elektrische Kontaktierung), können diese Montageschritte zu einer Aufweitung der Zumesstoleranzen führen, so dass besonders enge Toleranzanforderungen nicht sichergestellt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine kleine Durchströmungstoleranz für die einzuspritzende Flüssigkeit sicher eingehalten werden, da ein in den Injektor integrierter Filter exakt positioniert werden kann. Ferner kann durch die Positionierung des Filters auch eine Rückstellkraft und eine Schließkraft eines Rückstellelements des Injektors, mit welchem ein Schließelement Durchgangsöffnungen im Injektor an einem Dichtsitz verschließt, exakt eingestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Hülse vorgesehen ist, welche in Axialrichtung des Injektors in Wirkverbindung zwischen dem Filter und dem Rückstellelement angeordnet ist. Das Rückstellelement stützt sich dabei direkt oder indirekt an der Hülse ab. Dabei wird eine endgültige Axialposition des Rückstellelements durch die Position des montierten Filters im Injektor bestimmt, da die Position des Filters auch die Position der Hülse bestimmt, an welcher sich das Rückstellelement direkt oder indirekt abstützt. Dabei wird der Filter im Injektor vorzugsweise mittels einer Presspassung fixiert. Besonders bevorzugt wird auch die Hülse im Injektor an einem stationären Bauteil mittels einer Presspassung gehalten.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Filter sowohl als robustes Einstellelement der dynamischen Menge als auch als Schutz vor Partikeln fungiert und früh im Montageprozess eingeführt werden kann, bevor Prozesse mit hohem Schmutzrisiko, wie z.B. eine Kunststoffumspritzung des Injektors durchgeführt werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise befindet sich die Hülse direkt in Kontakt mit dem Rückstellelement und direkt in Kontakt mit dem Filter. Dadurch wird eine Bauteileanzahl möglichst klein gehalten und eine schnelle und einfache Montage ermöglicht. Ferner wird dadurch vermieden, dass sich herstellungsbedingte Toleranzen addieren und eine unerwünschte Auswirkung auf eine Endposition der Hülse und damit eine Vorspannkraft des Rückstellelements haben.
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Der Filter ist besonders bevorzugt topfförmig mit einem Bodenbereich und einem Mantelbereich ausgebildet, wobei der Bodenbereich in Richtung zur Hülse angeordnet ist. Dadurch wird eine steife Konstruktion des Injektors ermöglicht und ein Montagewerkzeug des Filters kann insbesondere im topfförmigen Filterinneren positioniert werden und dadurch zusätzlich zur Versteifung des Filters während der Montage beitragen.
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Der Filter weist vorzugsweise am Bodenbereich keine Filteröffnungen auf. Somit ist der Bodenbereich vorzugsweise aus einem Vollmaterial hergestellt, was die Steifigkeit des Filters weiter verbessert. Der Kraftstoff strömt dabei in das topfförmige Filterinnere und dann über Filteröffnungen im Mantelbereich durch den Filter.
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Zur besonders kostengünstigen Herstellung ist der Filter vorzugsweise vollständig aus Kunststoff hergestellt. Alternativ ist der Filter aus Kunststoff mit einer Versteifungseinlage hergestellt. Die Versteifungseinlage ist vorzugsweise eine Metalleinlage. Der Filter kann dann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren mit der Versteifungseinlage als Einlegeteil im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Besonders bevorzugt weist der Filter ferner an einem vom Bodenbereich entgegengesetzten Ende einen Versteifungsring auf. Der Versteifungsring ist besonders bevorzugt ein Teil der Versteifungseinlage. Vorzugsweise weist die Versteifungseinlage dabei neben dem Versteifungsring mehrere in Axialrichtung verlaufende Stege auf.
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Vorzugsweise ist die Versteifungseinlage direkt in Kontakt mit der Hülse. Dadurch kann eine besonders exakte Positionierung der Hülse im endmontierten Injektor erreicht werden, ohne den Filter bei der Montage zu beschädigen.
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Weiter bevorzugt ist am Bodenbereich des Filters wenigstens ein Schlitz, insbesondere zwei Schlitze, vorgesehen, um eine Fluidverbindung in den Innenbereich der Hülse bereitzustellen. Die beiden Schlitze sind vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnet.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Injektors mit einem Schließelement, einem Rückstellelement, einer Hülse und einem Filter. Dabei wird in einem Montageschritt der Filter derart in den Injektor montiert, dass eine Montageposition des Filters auch eine Montageposition der Hülse definiert und eine Vorspannkraft des Rückstellelements auf das Schließelement im geschlossenen Injektor definiert wird. Somit kann abhängig von einer Positionierung des Filters eine Rückstellkraft und eine Schließkraft des Rückstellelements auf das Schließelement eingestellt werden.
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Besonders bevorzugt wird die Filtermontage im Injektor mittels eines abgestuften Montagewerkzeugs ausgeführt. Das abgestufte Montagewerkzeug weist vorzugsweise einen ersten und einen zweiten zylindrischen Bereich mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern auf, wobei der erste zylindrische Bereich im Innenraum des Filters angeordnet ist und der zweite zylindrische Bereich an dem vom Bodenbereich abgewandten Ende des Filters angeordnet ist. Das derart abgestufte Montagewerkzeug greift somit gleichzeitig am Bodenbereich und am Flansch des Filters an. Dadurch kann eine beschädigungsfreie Montage des Filters sichergestellt werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Injektors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, perspektivische Ansicht des Filters des Injektors von 1, und
- 3 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht zur Illustration des Montageverfahrens der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Injektor 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Der Injektor 1 ist ein Injektor zum Einspritzen einer Flüssigkeit und im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kraftstoffinjektor ausgebildet.
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Der Injektor 1 umfasst ein Schließelement 2 zum Freigeben und Verschließen von mehreren Durchgangsöffnungen 3. Das Schließelement 2 dichtet dabei an einem Dichtsitz 4 an einem ersten Ende des Injektors 1 ab.
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Der Injektor 1 umfasst ferner ein Rückstellelement 5, welches eingerichtet ist, eine Rückstellkraft F auf das Schließelement 2 aufzubringen, wenn der Injektor geöffnet wurde, sowie eine Schließkraft, um den Injektor im geschlossenen Zustand zu halten. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Schließelement 2 eine hohle Ventilnadel 2a mit einer Kugel 2b, welche am Dichtsitz 4 abdichtet.
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1 zeigt den geschlossenen Zustand des Injektors.
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Weiter umfasst der Injektor 1 eine Hülse 7, durch welche Kraftstoff in Richtung zum Schließelement 2 strömt, sowie einen Filter 6.
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Der Filter 6 ist im Detail aus den 2 und 3 ersichtlich. Der Filter 6 weist grundsätzlich eine topfförmige Gestalt auf und umfasst einen Bodenbereich 60, einen Mantelbereich 61 und einen Flansch 62.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Filter 6 derart angeordnet, dass der Bodenbereich 60 in Richtung zum Schließelement 2 gerichtet ist, so dass der Kraftstoff am Zulaufende des Injektors in das Innere des topfförmigen Filters strömt und durch den Mantelbereich 61, an welchem ein Filtergewebe angeordnet ist, aus dem Filter ausströmt. Durch den Filter 6 können somit Feststoffe, welche möglicherweise im Kraftstoff enthalten sind, beim Eintritt in den Injektor 1 herausgefiltert werden und im topfförmigen Inneren des Filters 6 gesammelt werden.
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Der Injektor 1 umfasst ferner einen Aktor 9, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetaktor ist. Weiterhin ist eine Umspritzung 16 vorgesehen, welche zur Anordnung eines elektrischen Steckers (nicht gezeigt) eingerichtet ist, um den Aktor 9 mit Elektrizität zu versorgen.
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Die Funktion des Injektors 1 ist dabei derart, dass bei Bestromung des Aktors 9 das Schließelement 2 in Richtung auf ein stationäres Bauteil 8 im Inneren des Injektors gegen die Federkraft des Rückstellelements 5 gezogen wird, wobei die Kugel des Schließelements 2 vom Dichtsitz 4 abhebt und Kraftstoff über die Durchgangsöffnungen 3 ausströmen kann.
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Der Strömungsweg des Kraftstoffs bei geöffnetem Injektor ist in 1 durch die Pfeile A bis E gezeigt. Der Kraftstoff strömt in das topfförmige Innere des Filters 6 und über den Mantelbereich 61 (Pfeil B) aus dem Filter 6 heraus, wodurch der Filtervorgang ausgeführt wird. Der Kraftstoff strömt weiter, wie durch die Pfeile C angedeutet, in das Innere der Hülse 7 und durch die zylindrische Rückstellfeder 5 in das Innere des hohlen Schließelements 2. Das Schließelement 2 weist dabei an dem zum Dichtsitz 4 gerichteten Endbereich seitliche Öffnungen 2c auf, an welchen ein zweiter Filter 15 angeordnet ist, so dass der Kraftstoff, wie durch die Pfeile E angedeutet, aus dem Inneren des Schließelements 2 ausströmen kann. Wenn nun das Schließelement 2 vom Dichtsitz 4 abhebt, kann der Kraftstoff vorbei an der Kugel des Schließelements 2 in die Durchgangsöffnungen 3 einströmen.
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Um eine sichere und genaue Funktion des Injektors 1 zu gewährleisten, muss die Kraft F des Rückstellelements 5, mit welcher einerseits eine Rückstellung des Schließelements 2 in den geschlossenen Ausgangszustand erfolgt, als auch eine Schließkraft des Rückstellelements 5, mit welchem das Schließelement 2 im geschlossenen Zustand am Dichtsitz 4 gehalten wird, exakt eingestellt werden. Wie aus 1 ersichtlich ist, stützt sich das Rückstellelement 5 dabei an einem ersten Ende an einem Absatz 2d am Schließelement 2 ab und an einem zweiten Ende direkt an der Hülse 7 ab. Dadurch bestimmt die Position der Hülse 7 die Schließkraft als auch die Rückstellkraft des Rückstellelements 5. Hierbei ist zwischen der Hülse 7 und dem stationären Bauteil 8 eine Presspassung 70 vorgesehen. Die Einstellung der Position der Hülse 7 in Axialrichtung X-X erfolgt nun mittels des Filters 6.
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Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, umfasst der Filter 6 den Bodenbereich 60 aus Vollmaterial, den Mantelbereich 61 und den radial nach außen gerichteten Flansch 62. Der Filter 6 ist ein Verbundbauteil und umfasst einen Kunststoffbereich und einen Versteifungsbereich aus einem Material, welches eine höhere Steifigkeit als der Kunststoffbereich aufweist.
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Dabei ist der Bodenbereich 60 vollständig aus Kunststoff ausgebildet und weist keine Durchgangsöffnung oder dgl. auf. Der Filter 6 umfasst eine Versteifungseinlage 10, um eine Steifigkeit des Filters 6, insbesondere in Axialrichtung X-X, signifikant zu erhöhen. Die Versteifungseinlage 10 ist vorzugsweise aus Metall und umfasst einen Versteifungsring 11 am Flansch 62 und mehrere Stege, in diesem Ausführungsbeispiel vier Stege 12, welche in Axialrichtung X-X, ausgehend vom Versteifungsring 11, verlaufen. Dadurch ist für den Filter 6 nur ein einziges Einlegeteil 10 notwendig. Vorzugsweise ist das Einlegeteil auch mit der Filtereinlage 13, beispielsweise einem metallischen Filtergewebe, verbunden oder einteilig hergestellt. Der Filter 6 wird dann teilweise mittels Kunststoff 14 umspritzt, so dass die weiteren Bereiche des Filters 6 aus Kunststoff hergestellt sind.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, sind im Bodenbereich 60 zwei breite Schlitze 63 einander gegenüberliegend ausgebildet. Die Schlitze 63 dienen dabei zur Überleitung des gefilterten Kraftstoffs in die Hülse 7, wie in 1 durch die Pfeile C angedeutet.
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Somit kann ein besonders robuster Filter 6 bereitgestellt werden, welcher zur Einstellung der Axialposition der Hülse 7 und somit zur Einstellung der Schließkraft und Rückstellkraft des Rückstellelements 5 eingerichtet ist. Wie aus 3 deutlich wird, kann ein Werkzeug 20 vorgesehen werden, mit welchem der Filter 6 im Injektor 1 montiert wird. Dabei weist das Werkzeug 20 einen vorstehenden Teil 21 auf, welcher in das topfförmige Innere des Filters 6 eingeführt ist, und einen Absatz 22 auf, welcher am Flansch 62 des Filters 6 angreift. Mittels einer Einpresskraft P wird dann der Filter an der schon im Injektor montierten Hülse 7 angeordnet und die Endposition der Hülse 7 in Axialrichtung X-X bestimmt. Dabei kommt der Filter 6 mit dem Bodenbereich 60 mit dem zum Filter gerichteten Ende der Hülse 7 in Kontakt und ermöglicht eine Verschiebung der Hülse 7 in Axialrichtung X-X in eine vorgesehene Endposition.
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Die Versteifungseinlage 10 aus Metall kann beispielsweise kaltgeschmiedet sein. Zwischen dem Filter 6 und einem Gehäuseteil 18 ist dabei eine zweite Pressverbindung 64 ausgebildet. Somit kann durch die Verwendung des Werkzeugs 20, welches bei der Montage des Filters 6 gleichzeitig sowohl auf den Bodenbereich 60 als auch den Flanschbereich 62 Kräfte ausübt, eine beschädigungsfreie Montage ermöglicht werden, so dass auch eine Durchflusskapazität des Filters 6 für den Kraftstoff nicht verändert wird. Damit kann ein im Stand der Technik häufig vorkommendes Problem gelöst werden, da der Durchfluss durch einen Filter aufgrund von Beschädigungen oder Verformungen durch zu hohe Montagekräfte häufig nicht einem geplanten Sollwert entsprach. Durch den geschickten Aufbau des Filters 6 als Verbundbauteil mit einer Versteifungseinlage 10 kann sichergestellt werden, dass keine unerwünschten Verformungen am Filter 6 auftreten, welche eine Durchflussmenge im Betrieb des Injektors durch den Filter 6 verändern würden.
