DE102022211536A1

DE102022211536A1 - Valve for measuring a fluid

Info

Publication number: DE102022211536A1
Application number: DE102022211536.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Felsch; Tobias KELLER; Andreas Glaser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Ein Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, das insbesondere als Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen dient, umfasst ein Gehäuse (6), einen Aktuator (2) und eine von dem Aktuator (2) entlang einer Längsachse (8) entgegen einer Rückstellfeder (30) betätigbaren Ventilnadel (15). Die Rückstellfeder (30) stützt sich zumindest mittelbar an der Ventilnadel (15) ab. An der Ventilnadel (15) ist ein erstes Anschlagelement (16) vorgesehen. Der Aktuator (2) umfasst einen auf der Ventilnadel (15) frei bewegbaren Anker (4), dessen Ankerfreiweg durch ein zweites Anschlagelement (17) begrenzt ist, wobei auch das zweite Anschlagelement (17) an der Ventilnadel (15) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß sind der Anker (4) und wenigstens eines der beiden Anschlagelemente (16, 17) derart mit einer Konturgebung versehen, dass sich eine kardanische Lagerung im jeweiligen Anschlagbereich ergibt.A valve (1) for metering a fluid, which serves in particular as a fuel injection valve for internal combustion engines, comprises a housing (6), an actuator (2) and a valve needle (15) which can be actuated by the actuator (2) along a longitudinal axis (8) against a return spring (30). The return spring (30) is supported at least indirectly on the valve needle (15). A first stop element (16) is provided on the valve needle (15). The actuator (2) comprises an armature (4) which can move freely on the valve needle (15), the armature free travel of which is limited by a second stop element (17), wherein the second stop element (17) is also provided on the valve needle (15). According to the invention, the armature (4) and at least one of the two stop elements (16, 17) are provided with a contour such that a gimbal bearing results in the respective stop area.

Description

Stand der TechnikState of the art

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.The invention relates to a valve for metering a fluid, in particular a fuel injection valve for internal combustion engines. The invention specifically relates to the field of injectors for fuel injection systems of motor vehicles, in which preferably a direct injection of fuel into the combustion chambers of an internal combustion engine takes place.

Aus der DE 198 16 315 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil umfasst eine Ventilnadel mit einem Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen an der Ventilnadel angeordneten Anker. An der Ventilnadel ist ein oberes Anschlagelement angeordnet, während ein unteres Anschlagelement dem Gehäuse zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden Anschlagelementen der Anker entsprechend einem Ankerfreiweg bewegt werden kann. Das untere Anschlagelement ist dabei stets fest mit einem Gehäusebauteil verbunden, und zwar durch Verklemmen, Verstemmen oder Verschweißen an einem zum Gehäuse gehörenden Ventilsitzträger. In jedem Falle sind insofern aufwendige Verbindungs- bzw. Fügeverfahren anzuwenden, wobei das Anbringen des unteren Anschlagelements im Inneren des Gehäuses zudem noch von der Lage und Positionierung schwierig ist.From the DE 198 16 315 A1 A fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines is already known. The known fuel injection valve comprises a valve needle with a valve closing body, which interacts with a valve seat surface to form a sealing seat, and an armature arranged on the valve needle. An upper stop element is arranged on the valve needle, while a lower stop element is assigned to the housing, whereby the armature can be moved between the two stop elements according to an armature free travel. The lower stop element is always firmly connected to a housing component, namely by clamping, caulking or welding to a valve seat carrier belonging to the housing. In any case, complex connection or joining processes must be used, whereby the attachment of the lower stop element inside the housing is also difficult in terms of location and positioning.

Aus der DE 10 2005 048 545 A1 ist ebenfalls bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil umfasst eine Ventilnadel mit einem Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen an der Ventilnadel angeordneten Anker. An der Ventilnadel ist ein oberes Anschlagelement angeordnet, während ein unteres Anschlagelement dem Gehäuse zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden Anschlagelementen der Anker entsprechend einem Ankerfreiweg bewegt werden kann. Das untere Anschlagelement für den Anker wird durch eine gehäusefeste Ventilnadelführung gebildet. Das untere Anschlagelement ist dabei mittels Verschweißen fest mit einem Düsenkörper verbunden, während die Ventilnadel während ihrer Axialbewegung in einer inneren Öffnung des unteren Anschlagelements geführt wird. Auch hier ist wiederum ein zusätzliches Schweißen im Inneren des Gehäuses erforderlich. Zur exakten Führung der Ventilnadel ist es zudem in aufwendiger Weise erforderlich, das untere Anschlagelement sehr genau einzupassen und auszurichten.From the EN 10 2005 048 545 A1 A fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines is also already known. The known fuel injection valve comprises a valve needle with a valve closing body, which interacts with a valve seat surface to form a sealing seat, and an armature arranged on the valve needle. An upper stop element is arranged on the valve needle, while a lower stop element is assigned to the housing, whereby the armature can be moved between the two stop elements according to an armature free travel. The lower stop element for the armature is formed by a valve needle guide fixed to the housing. The lower stop element is firmly connected to a nozzle body by welding, while the valve needle is guided in an inner opening of the lower stop element during its axial movement. Here, too, additional welding is required inside the housing. In order to guide the valve needle precisely, it is also necessary, in a complex process, to fit and align the lower stop element very precisely.

Bekannt sind des weiteren Lösungen, bei denen sich der frei bewegliche Magnetanker zwischen zwei auf der Ventilnadel unmittelbar angebrachten Anschlagelementen bewegen kann. Beispielhaft sei als druckschriftlicher Stand der Technik die DE 10 2014 225 994 A1 für eine solche Lösung genannt. Dabei können an den jeweiligen Anschlagelementen noch zusätzliche Dämpfungselemente angeordnet sein. In bekannter Weise sind die Anschlagflächen von Anker und Anschlagelementen plan oder leicht keilig, aber immer eben ausgeführt.Other known solutions include the freely movable magnet armature being able to move between two stop elements mounted directly on the valve needle. An example of the state of the art is EN 10 2014 225 994 A1 for such a solution. Additional damping elements can be arranged on the respective stop elements. As is well known, the stop surfaces of the anchor and stop elements are flat or slightly tapered, but always flat.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Verkippen des Ankers bei seiner Axialbewegung zwischen den beiden Anschlagelementen im Rahmen des Führungsspiels erheblich reduziert werden kann. Auf diese Weise ist auch gewährleistet, dass es zu keinem erhöhtem Prellerverhalten durch Verkippen des Ankers kommen kann. Außerdem wird ungleichmäßiger Ankerverschleiß vermieden. Ungewünschte Nadeldurchbiegungen sind in vorteilhafter Weise ebenso reduziert. Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem der Anker und wenigstens eines der beiden Anschlagelemente derart mit einer Konturgebung versehen sind, dass sich eine kardanische Lagerung im jeweiligen Anschlagbereich ergibt.The valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that tilting of the armature during its axial movement between the two stop elements within the scope of the guide play can be significantly reduced. This also ensures that there is no increased bouncing behavior due to tilting of the armature. In addition, uneven armature wear is avoided. Undesirable needle deflections are also advantageously reduced. According to the invention, this is achieved by the armature and at least one of the two stop elements being provided with a contour in such a way that a cardanic bearing is produced in the respective stop area.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.By means of the measures listed in the subclaims, advantageous further developments of the valve specified in claim 1 are possible.

In vorteilhafter Weise weist wenigstens der Anker einen Anschlagabschnitt oder eines der beiden Anschlagelemente eine Anschlagfläche auf, der oder die konvex oder konkav gewölbt konturiert ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Anker wenigstens einen Anschlagabschnitt aufweist, der konvex oder konkav gewölbt konturiert ist und wenigstens eines der beiden Anschlagelemente eine Anschlagfläche aufweist, die korrespondierend gegensinnig zum jeweiligen Anschlagabschnitt des Ankers konvex oder konkav gewölbt konturiert ist.Advantageously, at least the anchor has a stop section or one of the two stop elements has a stop surface which is contoured in a convex or concave manner. It is particularly advantageous if the anchor has at least one stop section which is contoured in a convex or concave manner and at least one of the two stop elements has a stop surface which is contoured in a convex or concave manner in the opposite direction to the respective stop section of the anchor.

Bei allen vorgeschlagenen Lösungen besteht der Vorteil einer Vermeidung des Winkelfehlers des Ankers gegenüber den Anschlagelementen zum Zeitpunkt des Auftreffens des Ankers auf diesen. Im Betrieb eines solchen Ventils geschieht dies immerhin mehrere Millionen Male.All the proposed solutions have the advantage of avoiding the angular error of the armature relative to the stop elements at the moment the armature hits them. This happens several million times during the operation of such a valve.

Durch die Kardanik des Ankeranschlags am Anschlagelement muss das Führungsspiel des Ankers auf dem Nadelstift der Ventilnadel nicht erst durch eine Kippbewegung ausgeglichen werden. Durch die erfindungsgemäße Kardanik kann der Anker vielmehr geringfügig schief am Anschlag liegen bleiben, so dass eine schnellere Ansteuerung ermöglicht ist. Ein schnelleres „Schalten“ des Ankers ergibt sich vorteilhafterweise. Dadurch können kürzere Pausenzeiten realisiert werden. Neben einem verbesserten Mehrfacheinspritzverhalten liegt auch ein verbessertes Prellerverhalten vor. Zudem wirken reduzierte Kräfte auf den Nadelstift mit der Folge einer vermeidbaren Nadeldurchbiegung aufgrund des geringeren Anschlagdurchmessers im Vergleich zu den bekannten Lösungen.Thanks to the cardanic nature of the armature stop on the stop element, the guide play of the armature on the needle pin of the valve needle does not have to be compensated for by a tilting movement. Instead, thanks to the cardanic nature of the invention, the armature can lie slightly crooked on the stop. so that faster control is possible. This advantageously results in faster "switching" of the armature. This means that shorter pause times can be achieved. In addition to improved multiple injection behavior, there is also improved bounce behavior. In addition, reduced forces act on the needle pin, resulting in avoidable needle deflection due to the smaller stop diameter compared to the known solutions.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 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 bekanntes Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung nach dem Stand der Technik;
2 symbolhaft eine Ventilnadel für ein Ventil in einer ebenfalls bekannten Ausführung mit zwei Anschlagelementen an der Ventilnadel;
3 schematisch eine Ventilnadel in einer zu 2 analogen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 schematisch eine Ventilnadel in einer zu 2 analogen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
5 schematisch eine Ventilnadel in einer zu 2 analogen Darstellung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements are provided with identical reference numerals. They show:

1 a known valve in an excerpted, schematic sectional view according to the prior art;
2 symbolically a valve needle for a valve in a also known design with two stop elements on the valve needle;
3 schematically a valve needle in a 2 analog representation according to a first embodiment of the invention;
4 schematically a valve needle in a 2 analog representation according to a second embodiment of the invention and
5 schematically a valve needle in a 2 analog representation according to a third embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Ausführungen soll vorab anhand von 1 ein bekanntes Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung nach dem Stand der Technik erläutert werden. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der solche Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile ausgebildet sind und zur direkten Einspritzung von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Besonders eignet sich die Ausgestaltung des Ventils 1 für flüssige oder gasförmige Fluide, insbesondere flüssige Brennstoffe, wie Benzin oder Diesel, oder für Gemische mit zumindest einem Brennstoff.For a better understanding of the embodiments according to the invention, 1 a known valve 1 for metering a fluid is explained in an excerpted, schematic sectional view according to the prior art. The valve 1 can be designed in particular as a fuel injection valve 1. A preferred application is a fuel injection system in which such fuel injection valves 1 are designed as high-pressure injection valves and serve for the direct injection of fuel into associated combustion chambers of the internal combustion engine. The design of the valve 1 is particularly suitable for liquid or gaseous fluids, in particular liquid fuels such as gasoline or diesel, or for mixtures with at least one fuel.

Das Ventil 1 weist einen elektromagnetischen Aktuator 2 auf, der eine Magnetspule 3, einen Anker 4 und einen Innenpol 5 umfasst. Beim Bestromen der Magnetspule 3 wird ein Magnetkreis über ein Ventilgehäuse 6, den Anker 4 und den Innenpol 5 geschlossen, wodurch eine Betätigung des Ankers 4 in einer Öffnungsrichtung 7 entlang einer Längsachse 8 des Ventils 1 erfolgt. Das Ventilgehäuse 6 umfasst mehrere Gehäuseteile, z.B. einen langgestreckten Ventilsitzträger 10, einen mit dem Ventilsitzträger 10 verbundenen Ventilsitzkörper 11 und einen Zulaufstutzen 12.The valve 1 has an electromagnetic actuator 2, which comprises a magnetic coil 3, an armature 4 and an inner pole 5. When the magnetic coil 3 is energized, a magnetic circuit is closed via a valve housing 6, the armature 4 and the inner pole 5, whereby the armature 4 is actuated in an opening direction 7 along a longitudinal axis 8 of the valve 1. The valve housing 6 comprises several housing parts, e.g. an elongated valve seat carrier 10, a valve seat body 11 connected to the valve seat carrier 10 and an inlet connection 12.

Der Anker 4 ist an einer Ventilnadel 15 angeordnet, wobei in dieser Ausgestaltung eine fliegende Lagerung des Ankers 4 an der Ventilnadel 15 realisiert ist. Hierfür ist an der Ventilnadel 15 einerseits ein erstes oberes Anschlagelement 16 vorgesehen, das ortsfest an der Ventilnadel 15 angeordnet ist. Das Anschlagelement 16 kann dabei z.B. mittels einer Schweißnaht an der Ventilnadel 15 oder durch Aufpressen auf die Ventilnadel 15 mit der Ventilnadel 15 fest verbunden sein. Andererseits ist ein zweites unteres Anschlagelement 17 vorgesehen, das unabhängig von der Ventilnadel 15 im Ventilgehäuse 6 durch Einpressen eingebracht ist. Das zweite Anschlagelement 17 ist dabei hohlzylinderförmig ausgeführt und in Strömungsrichtung des Fluids in das Ventilgehäuse 6 eingebracht. Die Anschlagelemente 16, 17 sind so an der Ventilnadel 15 bzw. am Ventilgehäuse 6 angeordnet, dass für den Anker 4 ein Ankerfreiweg 20 zwischen den Anschlagelementen 16, 17 vorgegeben ist.The armature 4 is arranged on a valve needle 15, wherein in this embodiment a floating mounting of the armature 4 on the valve needle 15 is realized. For this purpose, a first upper stop element 16 is provided on the valve needle 15, which is arranged in a fixed position on the valve needle 15. The stop element 16 can be firmly connected to the valve needle 15, for example by means of a weld seam on the valve needle 15 or by pressing it onto the valve needle 15. On the other hand, a second lower stop element 17 is provided, which is introduced into the valve housing 6 by pressing it in independently of the valve needle 15. The second stop element 17 is designed as a hollow cylinder and is introduced into the valve housing 6 in the flow direction of the fluid. The stop elements 16, 17 are arranged on the valve needle 15 or on the valve housing 6 in such a way that an armature free path 20 between the stop elements 16, 17 is specified for the armature 4.

Alternativ dazu gibt es auch bereits bekannte Lösungen, bei denen die beiden Anschlagelemente 16, 17 unmittelbar an der Ventilnadel 15 ausgeformt oder angebracht sind. 2 zeigt symbolhaft eine solche Ventilnadel 15 für ein Ventil mit zwei Anschlagelementen 16, 17 unmittelbar an der Ventilnadel 15. Beispielhaft sei als druckschriftlicher Stand der Technik die DE 10 2014 225 994 A1 für eine solche Lösung genannt.Alternatively, there are already known solutions in which the two stop elements 16, 17 are formed or attached directly to the valve needle 15. 2 shows symbolically such a valve needle 15 for a valve with two stop elements 16, 17 directly on the valve needle 15. As an example of the printed state of the art, the EN 10 2014 225 994 A1 for such a solution.

Im Ausgangszustand liegt der Anker 4 an dem zweiten unteren Anschlagelement 17 an. Bei einer Betätigung des Ankers 4 durchläuft der Anker 4 zunächst den Ankerfreiweg 20, bis der Anker 4 an dem ersten oberen Anschlagelement 16 anschlägt. Anschließend nimmt der Anker 4 die Ventilnadel 15 in der Öffnungsrichtung 7 mit. Hierdurch steht ein größerer Öffnungsimpuls zur Verfügung, um das Ventil 1 zu öffnen. Beim Öffnen des Ventils 1 hebt sich ein mit der Ventilnadel 15 verbundener Ventilschließkörper 21 von einer an dem Ventilsitzkörper 11 ausgebildeten Ventilsitzfläche 22 ab, so dass ein zwischen dem Ventilschließkörper 21 und der Ventilsitzfläche 22 gebildeter Dichtsitz 23 geöffnet wird. Dann kann ein Fluid, insbesondere ein Brennstoff, aus einem Innenraum 24 des Ventilgehäuses 6 durch in dem Ventilsitzkörper 11 vorgesehene Abspritzöffnungen 25 in einen Raum 27, insbesondere einen Brennraum 27 einer Brennkraftmaschine, eingespritzt werden.In the initial state, the armature 4 rests against the second lower stop element 17. When the armature 4 is actuated, the armature 4 first runs through the armature free travel 20 until the armature 4 strikes the first upper stop element 16. The armature 4 then takes the valve needle 15 with it in the opening direction 7. This provides a larger opening impulse to open the valve 1. When the valve 1 is opened, a valve closing body 21 connected to the valve needle 15 lifts off a valve seat surface 22 formed on the valve seat body 11, so that a sealing seat 23 formed between the valve closing body 21 and the valve seat surface 22 is opened. A fluid, in particular a fuel, can then be discharged from an interior space 24 of the valve housing 6. through spray openings 25 provided in the valve seat body 11 into a chamber 27, in particular a combustion chamber 27 of an internal combustion engine.

Beim Öffnen des Ventils 1 schlägt der Anker 4 dann an einer unteren Anschlagfläche 28 an, die in dieser Ausgestaltung an dem Innenpol 5 ausgestaltet ist. Die Anschlagfläche 28 begrenzt die Bewegung des Ankers 4 relativ zu dem Ventilgehäuse 6. Zum Schließen des Ventils 1 wird die Magnetspule 3 stromlos geschaltet, so dass die Ventilnadel 15 von einer Rückstellfeder 30 wieder in die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung verstellt wird. Im geschlossenen Zustand wird die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung des Ankers 4, bei der der Anker 4 an der Anschlagfläche des unteren Anschlagelements 17 anliegt, über eine Ankerfreiwegfeder 31 gewährleistet.When the valve 1 is opened, the armature 4 then strikes a lower stop surface 28, which in this embodiment is designed on the inner pole 5. The stop surface 28 limits the movement of the armature 4 relative to the valve housing 6. To close the valve 1, the magnetic coil 3 is de-energized, so that the valve needle 15 is returned to the position defined in the 1 shown initial position. In the closed position, the 1 The illustrated initial position of the armature 4, in which the armature 4 rests against the stop surface of the lower stop element 17, is ensured by an armature free travel spring 31.

Somit ist die Ventilnadel 15 von dem Aktuator 2 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 30 betätigbar, um das Ventil 1 zu öffnen. Beim Öffnen und anschließenden Schließen des Ventils 1 erfolgt eine Führung der Ventilnadel 15. Die obere Führung der Ventilnadel 15 kann dabei mittels des oberen Anschlagelements 16 erfolgen, während die untere Führung der Ventilnadel 15 durch geeignete Führungsstrukturen im Ventilsitzkörper 11 realisiert sein kann.The valve needle 15 can thus be actuated by the actuator 2 against the force of the return spring 30 in order to open the valve 1. When the valve 1 is opened and then closed, the valve needle 15 is guided. The upper guidance of the valve needle 15 can be achieved by means of the upper stop element 16, while the lower guidance of the valve needle 15 can be realized by suitable guide structures in the valve seat body 11.

In einem Zulaufkanal 54, der sich entlang der Längsachse 8 durch den Zulaufstutzen 12 erstreckt, ist ein Brennstofffilter 55 angeordnet. Der Brennstofffilter 55 ist dabei idealerweise in einem Kombibauteil integriert, das auch als Einstellelement fungiert und mit dem die Federkraft der Rückstellfeder 30 eingestellt werden kann. Die Rückstellfeder 30 ist mit ihrem oberen Ende an diesem Einstellelement mit dem Brennstofffilter 55 abgestützt. Ferner ist die Rückstellfeder 30 mit ihrem unteren Ende mittels an dem oberen Anschlagelement 16 und somit an der Ventilnadel 15 abgestützt.A fuel filter 55 is arranged in an inlet channel 54 that extends along the longitudinal axis 8 through the inlet connection 12. The fuel filter 55 is ideally integrated in a combination component that also functions as an adjustment element and with which the spring force of the return spring 30 can be adjusted. The return spring 30 is supported with its upper end on this adjustment element with the fuel filter 55. Furthermore, the return spring 30 is supported with its lower end by means of the upper stop element 16 and thus on the valve needle 15.

Das untere Anschlagelement 17 gemäß 2 ist als hülsen-, flansch- oder kragenförmiges Bauelement ausgeführt und entweder einteilig mit einem Nadelstift 35 der Ventilnadel 15 selbst ausgeformt oder in üblicher Weise als zusätzliches Bauteil auf dem Nadelstift 35 der Ventilnadel 15 z.B. durch Schweißen fest angebracht. Da der Anker 4 frei beweglich auf der Ventilnadel 15 zwischen den beiden Anschlagelementen 16, 17 angeordnet ist und einen Ankerfreiweg 20 durchläuft, muss der Anker 4 entsprechend auch auf dem Nadelstift 35 der Ventilnadel 15 geführt sein. Der Anker 4 besitzt insofern mit seiner inneren Bohrung 40 gegenüber dem Nadelstift 35 ein radiales Führungsspiel. In bekannter Weise sind die Anschlagflächen von Anker 4 und Anschlagelementen 16, 17 plan oder leicht keilig, aber eben ausgeführt. Ein Verkippen des Ankers 4 im Rahmen des Führungsspiels ist dabei nicht völlig auszuschließen. Zusätzlich paaren sich Fertigungstoleranzen (z.B. Schweißverzug) und Bauteiltoleranzen, so dass es sogar noch zu einem größeren Winkelfehler zwischen dem Anker 4 und den Anschlagflächen der Anschlagelemente 16, 17 kommen kann. In 2 ist dies symbolhaft übertrieben und nicht maßstäblich dargestellt. In nachteiliger Weise kann es durch das Verkippen des Ankers 4 zu erhöhtem Prellerverhalten, ungleichmäßigem Ankerverschleiß und zu ungewünschten Nadeldurchbiegungen kommenThe lower stop element 17 according to 2 is designed as a sleeve, flange or collar-shaped component and is either formed in one piece with a needle pin 35 of the valve needle 15 itself or in the usual way as an additional component on the needle pin 35 of the valve needle 15, e.g. by welding. Since the armature 4 is arranged freely movable on the valve needle 15 between the two stop elements 16, 17 and runs through an armature free path 20, the armature 4 must also be guided accordingly on the needle pin 35 of the valve needle 15. The armature 4 therefore has a radial guide play with its inner bore 40 in relation to the needle pin 35. In a known manner, the stop surfaces of the armature 4 and stop elements 16, 17 are flat or slightly wedge-shaped, but flat. Tilting of the armature 4 within the scope of the guide play cannot be completely ruled out. In addition, manufacturing tolerances (e.g. welding distortion) and component tolerances combine, so that an even larger angle error can occur between the anchor 4 and the stop surfaces of the stop elements 16, 17. In 2 This is symbolically exaggerated and not shown to scale. The disadvantage of tilting the anchor 4 can be increased bounce behavior, uneven anchor wear and undesirable needle deflections

Um diese negativen Effekte vollständig auszuschließen, werden erfindungsgemäß der Anker 4 und die Anschlagelemente 16, 17 mit einer besonderen Konturgebung versehen. Mindestens einer der Anschlagpartner 4, 16, 17 weist dazu eine Anschlagfläche auf, die konvex oder konkav gewölbt konturiert ist und für eine kardanische Lagerung im jeweiligen Anschlagbereich sorgt.In order to completely exclude these negative effects, according to the invention the armature 4 and the stop elements 16, 17 are provided with a special contour. For this purpose, at least one of the stop partners 4, 16, 17 has a stop surface that is contoured convexly or concavely curved and ensures a cardanic bearing in the respective stop area.

3 zeigt schematisch eine Ventilnadel 15 in einer zu 2 analogen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser ersten Ausführung weist der Anker 4 an seiner unteren Anschlagfläche auf seiner Innenseite zur inneren Bohrung 40 hin einen einer Fase ähnelnden konisch verlaufenden Anschlagabschnitt 41 auf. Dieser korrespondiert beim Anschlagen an dem unteren Anschlagelement 17 mit einer konvexen, ballig oder kugelig ausgebildeten Anschlagfläche 42 des unteren Anschlagelements 17. Das Anschlagelement 17 kann dabei wirklich, wie in 3 dargestellt, als Kugel insgesamt ausgebildet sein, aber auch als Halbkugel oder nur teilsphärisch geformtes Anschlagteil. Bei einer Ausbildung eines der beiden Anschlagelemente 16, 17 als Kugel oder Halbkugel wird dieses von dem Nadelstift 35 der Ventilnadel 15 in einer inneren Bohrung des Anschlagelements 16, 17 durchdrungen. 3 shows schematically a valve needle 15 in a 2 analog representation according to a first embodiment of the invention. In this first embodiment, the armature 4 has a conical stop section 41 resembling a chamfer on its lower stop surface on its inside towards the inner bore 40. When striking the lower stop element 17, this corresponds to a convex, spherical or spherical stop surface 42 of the lower stop element 17. The stop element 17 can actually, as in 3 shown, can be designed as a ball overall, but also as a hemisphere or only a partially spherical stop part. If one of the two stop elements 16, 17 is designed as a ball or hemisphere, it is penetrated by the needle pin 35 of the valve needle 15 in an inner bore of the stop element 16, 17.

In der 4 ist schematisch eine Ventilnadel 15 in einer zu 2 analogen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das untere Anschlagelement 17 ist wiederum mit einer konvexen, ballig oder kugelig ausgebildeten Anschlagfläche 42 versehen, wobei das untere Anschlagelement 17 eine Kugel, eine Halbkugel oder ein nur teilsphärisch geformtes Anschlagteil sein kann. Das Anschlagelement 17 zeichnet sich also durch eine konvexe Kalottenwölbung zumindest im Bereich der Anschlagfläche 42 zum Anker 4 hin aus. Der korrespondierende untere Anschlagabschnitt 41 am Anker 4 besitzt nun ebenfalls eine kalottenartige Wölbung, die aber konkav verläuft. Die Radien der beiden Kalottenwölbungen an Anker 4 und unterem Anschlagelement 17 sollten dabei nicht exakt gleich groß sein, um ein „Festkleben“ zu vermeiden. Gemäß 4 ist auch das obere Anschlagelement 16 mit einer konvexen, ballig oder kugelig ausgebildeten Anschlagfläche 43 ähnlich dem unteren Anschlagelement 17 versehen. Entsprechend weist auch der Anker 4 an seiner oberen Anschlagseite eine konkave Kalottenwölbung mit einem Anschlagabschnitt 44 auf. Die Kalottenlösung mit konvex und konkav verlaufenden Anschlagflächen an den Anschlagpartnern ist ein- oder zweiseitig, wie dargestellt, denkbar.In the 4 is schematically a valve needle 15 in a 2 analog representation according to a second embodiment of the invention. The lower stop element 17 is again provided with a convex, crowned or spherical stop surface 42, whereby the lower stop element 17 can be a ball, a hemisphere or a stop part that is only partially spherical. The stop element 17 is therefore characterized by a convex dome curvature at least in the area of the stop surface 42 towards the armature 4. The corresponding lower stop section 41 on the armature 4 now also has a dome-like curvature, but this is concave. The radii of the two dome curvatures on the armature 4 and the lower stop element 17 should not be exactly the same size in order to avoid "sticking" ben”. According to 4 the upper stop element 16 is also provided with a convex, crowned or spherical stop surface 43 similar to the lower stop element 17. Accordingly, the anchor 4 also has a concave dome curvature with a stop section 44 on its upper stop side. The dome solution with convex and concave stop surfaces on the stop partners is conceivable on one or two sides, as shown.

5 zeigt schematisch eine Ventilnadel 15 in einer zu 2 analogen Darstellung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gegenüber der Ausführung gemäß 4 sind bei dieser Lösung die Kalottenwölbungen umgekehrt ausgebildet. Das untere Anschlagelement 17 als schalenartiges Kragenbauteil ist mit einer konkav ausgebildeten Anschlagfläche 45 versehen. Das Anschlagelement 17 zeichnet sich durch eine konkave Kalottenwölbung zumindest im Bereich der Anschlagfläche 45 zum Anker 4 hin aus. Der korrespondierende untere Anschlagabschnitt 46 am Anker 4 besitzt ebenfalls eine kalottenartige Wölbung, die aber konvex verläuft. An den Anker 4 ist dazu im Bereich seiner unteren Anschlagfläche zur inneren Bohrung 40 hin ein teilkugelförmiger Vorsprung mit konvexer Außengeometrie angeformt. Die Radien der beiden Kalottenwölbungen an Anker 4 und unterem Anschlagelement 17 sollten dabei nicht exakt gleich groß sein, um ein „Festkleben“ zu vermeiden. Gemäß 5 ist auch das obere Anschlagelement 16 mit einer konkav ausgebildeten Anschlagfläche 47 ähnlich dem unteren Anschlagelement 17 versehen. Entsprechend weist auch der Anker 4 an seiner oberen Anschlagseite eine konvexe Kalottenwölbung mit einem oberen Anschlagabschnitt 48 auf. Die Kalottenlösung mit konvex und konkav verlaufenden Anschlagflächen an den Anschlagpartnern ist ein- oder zweiseitig, wie dargestellt, denkbar. 5 shows schematically a valve needle 15 in a 2 analog representation according to a third embodiment of the invention. Compared to the embodiment according to 4 In this solution, the dome curvatures are reversed. The lower stop element 17 as a shell-like collar component is provided with a concave stop surface 45. The stop element 17 is characterized by a concave dome curvature at least in the area of the stop surface 45 towards the armature 4. The corresponding lower stop section 46 on the armature 4 also has a dome-like curvature, but this is convex. For this purpose, a partially spherical projection with a convex outer geometry is formed on the armature 4 in the area of its lower stop surface towards the inner bore 40. The radii of the two dome curvatures on the armature 4 and the lower stop element 17 should not be exactly the same size in order to avoid "sticking". According to 5 the upper stop element 16 is also provided with a concave stop surface 47 similar to the lower stop element 17. Accordingly, the anchor 4 also has a convex dome curvature with an upper stop section 48 on its upper stop side. The dome solution with convex and concave stop surfaces on the stop partners is conceivable on one or two sides, as shown.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19816315 A1 [0002]
DE 102005048545 A1 [0003]
DE 102014225994 A1 [0004, 0014]

Claims

Valve (1) for metering a fluid, in particular a fuel injection valve for internal combustion engines, with a valve housing (6), an actuator (2) and a valve needle (15) that can be actuated by the actuator (2) along a longitudinal axis (8) against a return spring (30), wherein the return spring (30) is supported at least indirectly on the valve needle (15), wherein a first stop element (16) is provided on the valve needle (15), and wherein the actuator (2) comprises an armature (4) that can move freely on the valve needle (15), the armature free travel (20) of which is limited by a second stop element (17), wherein the second stop element (17) is also provided on the valve needle (15), characterized in that the armature (4) and at least one of the two stop elements (16, 17) are provided with a contour such that a gimbal bearing results in the respective stop area.

Valve after Claim 1 , characterized in that at least the anchor (4) has a stop section (41, 44, 46, 48) or one of the two stop elements (16, 17) has a stop surface (42, 43, 45, 47) which is convexly or concavely curved.

Valve after Claim 2 , characterized in that the armature (4) has at least one stop section (41, 44, 46, 48) which is contoured in a convex or concave manner and at least one of the two stop elements (16, 17) has a stop surface (42, 43, 45, 47) which is contoured in a convex or concave manner correspondingly opposite to the respective stop section (41, 44, 46, 48) of the armature (4).

Valve after Claim 3 , characterized in that the armature (4) has two stop sections (41, 44, 46, 48) which are equally convexly or concavely curved and both stop elements (16, 17) have a stop surface (42, 43, 45, 47) which are correspondingly convexly or concavely curved in the opposite direction to the respective stop section (41, 44, 46, 48) of the armature (4).

Valve according to one of the Claims 2 until 4 , characterized in that at least one of the two stop elements (16, 17) is designed as a sphere, as a hemisphere or as a stop part that is only partially spherical.

Valve after Claim 5 , characterized in that when one of the two stop elements (16, 17) is designed as a ball or hemisphere, a needle pin (35) of the valve needle (15) penetrates an inner bore of the stop element (16, 17) in this.

Valve according to one of the Claims 2 until 4 , characterized in that at least one of the two stop elements (16, 17) is formed as a shell-like collar component with a concave stop surface (45, 47).

Valve after Claim 7 , characterized in that a partially spherical projection with a convex outer geometry with the stop sections (46, 48) is formed on the armature (4) in a corresponding opposite direction to the respective stop element (16, 17).

Valve according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that in an embodiment of at least one of the two stop elements (16, 17) with a convex stop surface (42, 43), the armature (4) has on its corresponding stop surface (41) a conically extending stop section similar to a chamfer.