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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, mit einer verbesserten Magnetspule.
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Injektoren zum Einspritzen von Fluiden sind in Form von Kraftstoffeinspritzventilen aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Auch aus Kostengründen werden hierbei üblicherweise Magnetaktoren verwendet, um einen Öffnungs- und/oder Schließvorgang des Injektors zu bewirken. Der Magnetaktor umfasst üblicherweise eine elektrisch ansteuerbare Spule, einen mit einem Schließelement verbundenen Anker, einen Innenpol und ein äußeres Magnetkreisbauteil, welches mit dem Innenpol den Magnetkreis bildet. Üblicherweise erfolgt eine Umspritzung des Magnetkreises mit Kunststoff.
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Es sind bereits zahlreiche Veröffentlichungen bekannt, aus denen Spulenträger bzw. Wicklungsträger aus Kunststoff für Magnetspulen von Einspritzventilen hervorgehen. Beispielhaft seien die
DE 100 32 337 Al,
DE 10 2005 061 410 A1 und
DE 10 2015 226 127 A1 genannt. Ein in radialer Richtung gestufter Spulenträger nimmt dabei üblicherweise eine Bewicklung der Magnetspule auf und ermöglicht in Verbindung mit einem Innenpol und einem Magnetanker einen kompakten Aufbau des Einspritzventils im Bereich der Magnetspule. Bei den bekannten Spulenträgern handelt es sich um mittels Kunststoffspritzgießens hergestellte Bauteile.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Injektor zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Magnetkreis eines Magnetaktors des Injektors eine erhöhte Stabilität aufweist und damit eine verbesserte und längere beschädigungsfreie Lebensdauer des Injektors erreicht wird. Erfindungsgemäß ist nämlich ein eine Drahtwicklung der Magnetspule aufnehmender Wicklungsträger aus Kunststoff weitgehend bindenahtfrei ausgeführt.
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Wenn der Wicklungsträger in vorteilhafter Weise so hergestellt wird, dass es zu keiner Bindenaht kommt, kann der Injektor eine höhere Temperaturlast und/oder eine längere Betriebsdauer des Magnetaktors ertragen. Ein bindenahtloser Wicklungsträger steigert somit die Temperaturbeständigkeit des Injektors, ohne dass die Robustheitssteigerung über einen temperaturbeständigeren Kunststoff erreicht werden muss. Temperaturbeständigere Kunststoffe sind meist sehr teuer und haben in der Regel schlechtere mechanische Eigenschaften. Vor allen Dingen wird das Problem der geringen Bruchdehnung mit der Erfindung gelöst.
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Die Herstellung eines bindenahtoptimierten bzw. bindenahtfreien Wicklungsträgers erfordert zwar einen höheren Aufwand aufgrund der gleichmäßig über 360° verteilten Angüsse bzw. eines Schirmangusses im Vergleich zu einem einzigen einseitigen Anguss, wie er üblich ist, dafür wird aber mit etwas mehr Materialeinsatz ein über den Umfang gesehen sehr homogenes Bauteil erzeugt, das sehr viel bruch- bzw. risssicherer wegen der nicht mehr auftretenden Bindenahtproblematik ist.
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Die Unteransprüche weisen auf bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung hin.
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In vorteilhafter Weise wird der Wicklungsträger erfindungsgemäß über eine Vielzahl von Angussstellen für den Kunststoff-Massestrom ausgeformt. Insofern erfolgt der Anguss der Kunststoffmasse für den Wicklungsträger der Magnetspule weitgehend gleichmäßig über 360° verteilt. Dabei bietet sich insbesondere ein Ringanguss an. Alternativ zu einem Ringanguss kann das Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers auch über einen Schirmanguss erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es, für den Wicklungsträger der Magnetspule einen Kunststoff einzusetzen, der Glasfasern aufweist. Zur homogenen Ausgestaltung des Wicklungsträgers ermöglicht die erfindungsgemäße Angussweise, dass die Glasfasern der Kunststoffmasse für den Wicklungsträger der Magnetspule letztlich weitgehend achsparallel zur Längsachse der Magnetspule ausgerichtet sind.
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Der erfindungsgemäße Injektor ist besonders bevorzugt ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff. Der Injektor kann dabei als direkt einspritzender Injektor unmittelbar an einem Brennraum angeordnet werden oder auch als Injektor zur Einspritzung an einem Saugrohrbereich einer Brennkraftmaschine.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung sind:
- 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Injektors gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine bekannte Ausführung einer Magnetspule mit einer auf einen Wicklungsträger aufgebrachten Drahtwicklung ohne die finale Umspritzung gemäß dem Stand der Technik,
- 3 einen bekannten Wicklungsträger einer Magnetspule mit einer symbolhaften Kennzeichnung des Kunststofffließverlaufs beim Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers gemäß dem Stand der Technik,
- 4 eine bekannte Ausführung einer Magnetspule mit einer auf einen Wicklungsträger aufgebrachten Drahtwicklung mit der sie überdeckenden finalen Umspritzung vor der Montage im Injektor gemäß dem Stand der Technik
- 5 einen Wicklungsträger einer Magnetspule mit einer symbolhaften Kennzeichnung des Kunststofffließverlaufs beim Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers gemäß der Erfindung,
- 6 beispielhaft einen ausgetrennten Ringanguss für einen Wicklungsträger einer Magnetspule gemäß 5 und
- 7 einen Wicklungsträger einer Magnetspule mit einem beispielhaft dargestellten Schirmanguss.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 ein bekannter Injektor 1 gemäß dem Stand der Technik zum besseren Verständnis der Erfindung näher beschrieben. Wie aus der perspektivischen Gesamtansicht von 1 ersichtlich ist, umfasst der Injektor 1 einen Magnetaktor 2, um ein Schließelement 14, welches an einem in Axialrichtung X-X des Injektors 1 liegenden Ende angeordnet ist, zu betätigen. Das Schließelement 14 ist mit einem nicht erkennbaren Anker 21 verbunden, welcher durch den Magnetaktor 2 bewegbar ist.
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Neben dem Anker umfasst der Magnetaktor 2 ferner einen ebenfalls nicht explizit dargestellten Innenpol und ein äußeres Magnetkreisbauteil, welches hier als gerollte Magnethülse 23 vorgesehen ist. Der Magnetaktor 2 ist als elektromagnetischer Kreis außerdem mit einer erregbaren Magnetspule 20 (siehe 2 bis 5) ausgeführt, deren Drahtwicklung 19 auf einem Wicklungsträger 18 aus Kunststoff aufgebracht ist.
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Die gerollte Magnethülse 23 ist zylindrisch ausgeführt und z.B. aus einem rechteckigen Streifenmaterial gerollt. Die gerollte Magnethülse 23 ist dabei einlagig und weist eine erste Stoßkante 24 und eine zweite Stoßkante 25 auf. Im gerollten Zustand der Magnethülse liegen die erste und zweite Stoßkante 24, 25 aneinander. Um eine Montage der gerollten Magnethülse 23 zu vereinfachen und insbesondere einen Spalt zwischen den beiden Stoßkanten 24, 25 zu vermeiden, weist die Magnethülse 23 einen vorstehenden Bereich 4 und eine Ausnehmung 5 auf. Dabei handelt es sich um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem vorstehenden Bereich 4 und der Ausnehmung 5. Die Magnethülse 23 weist ferner in Axialrichtung X-X eine Aussparung 3 auf. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Aussparung 3 im Bereich der ersten und zweiten Stoßkante 24, 25 gebildet. Über Schweißnähte 11, 12 ist die Magnethülse 23 fest und dicht mit einem Ventilgehäuse 27 und einem Deckelbauteil 28 verbunden, so dass die Magnetspule 20 vollständig gekapselt vorliegt.
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In der 2 ist eine bekannte Ausführung einer Magnetspule 20 mit der auf den Wicklungsträger 18 aufgebrachten Drahtwicklung 19 noch ohne eine finale Umspritzung gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Magnetspule 20 des Magnetaktors 2 umfasst ferner zwei elektrische Anschlusselemente in Form von Kontaktpins 30. Der Wicklungsträger 18 hat zwei Aufnahmen für die beiden Kontaktpins 30, die in den Wicklungsträger 18 eingepresst werden. Die Drahtwicklung 19 wird vom Wicklungsträger 18 aufgenommen und mit den Kontaktpins 30 elektrisch leitend verbunden. Zur elektrischen Kontaktierung des Magnetaktors 2 werden die Kontaktpins 30 der Magnetspule 20 nach erfolgter Montage des Magnetaktors 2 mit einem angespritzten elektrischen Anschlussstecker 13 verbunden. Der Übergangsbereich der Kontaktpins 30 zum Anschlussstecker 13 wird nachfolgend noch umspritzt.
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Der Wicklungsträger 18 wird üblicherweise aus einem Kunststoff und mittels eines Spritzgussverfahrens in einem Spritzgießwerkzeug mit mehreren Formnestern hergestellt. Bei der Herstellung wird in der Regel ein Heißkanalanguss oder ein Kaltkanalunterverteiler mit einem Angus pro Nest/Wicklungsträger 18 verwendet.
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In 3 ist ein bekannter Wicklungsträger 18 einer Magnetspule 20 mit einer symbolhaften Kennzeichnung des Kunststofffließverlaufs beim Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers 18 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Mit einem großen Pfeil ist die Angussstelle 35 für den Kunststoffspritzgussprozess verdeutlicht. Die Angussstelle 35 liegt dabei üblicherweise genau gegenüber den zwei Aufnahmen für die beiden Kontaktpins 30, also um 180° versetzt zu diesen. Die kleinen Pfeile 37 wiederum sollen die Fließrichtung des Kunststoff-Massestroms darstellen. Werden Kunststoffe mit Glasfasern für den Umspritzungswerkstoff verwendet, so geben die Pfeile 37 symbolisch auch die Ausrichtung der Glasfasern mit an. Ausgehend von der Angussstelle 35 verteilt sich die flüssige Kunststoffmasse im entsprechenden Werkzeug ringförmig in beiden Richtungen zu den zu gießenden Aufnahmen für die beiden Kontaktpins 30 hin. Letztlich bildet die gleichmäßig verteilte Kunststoffmasse den rohrförmigen Wicklungsträger 18 und bildet gegenüber der Angussstelle 35 eine axial verlaufende, prinzipiell zum Bruch neigende Bindenaht 36, an der die beidseitig anströmenden Kunststoffmassen aneinander driften und die mit einer Strichlinie angedeutet ist. Im ringförmigen Boden des Wicklungsträgers 18 wird unmittelbar eine Rillung 40 mit eingeformt, wodurch die innere Lage der Drahtwicklung 19 sehr präzise in den Wicklungsträger 18 eingelegt werden kann.
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4 zeigt zum besseren Verständnis der Gesamtanordnung der Magnetspule 20 eine bekannte Ausführung einer Magnetspule 20 mit einer auf einen Wicklungsträger 18 aufgebrachten Drahtwicklung 19, die allerdings hier nicht erkennbar ist, da die Magnetspule 20 eine finale Umspritzung vor der Montage im Injektor 1 erhält, die die Drahtwicklung 19 schützend vollständig überdeckt. Dazu wird der Wicklungsträger 18 mit der aufgewickelten Drahtwicklung 19, wie in 2 dargestellt, auf einen Werkzeugdorn gesetzt und nachfolgend mit einer Kunststoffummantelung 42 umspritzt. Eine solche Magnetspule 20 ist geeignet, in einen Injektor 1 gemäß dem Stand der Technik, wie z.B. in 1 gezeigt, eingebaut und kontaktiert zu werden.
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Beim Betrieb des Injektors 1 kommt es durch die Bestromung zu einer Aufwärmung der Magnetspule 20, die über die Betriebsdauer des Injektors 1 den Kunststoff des Wicklungsträgers 18 thermisch altern lässt. Die unterschiedlichen Werkstoffe des Injektors 1 und deren unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten sind dafür mitverantwortlich, dass beim Erwärmen und Abkühlen Spannungen im Wicklungsträger 18 entstehen können. Sinkt die Bruchdehnung durch die thermische Alterung unter einen bestimmten Wert, kann nachteiligerweise die Bindenaht 36 am Wicklungsträger 18 brechen und Wasser könnte in den Spulenraum mit der Drahtwicklung 19 eindringen. Dies soll erfindungsgemäß vermieden werden.
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5 zeigt einen Wicklungsträger 18 einer Magnetspule 20 mit einer symbolhaften Kennzeichnung des Kunststofffließverlaufs beim Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers 18 gemäß der Erfindung. Erfindungsgemäß wird der Wicklungsträger 18 über eine Vielzahl von Angussstellen 350 für den Kunststoff-Massestrom ausgeformt. Insofern erfolgt der Anguss der Kunststoffmasse für den Wicklungsträger 18 der Magnetspule 20 weitgehend gleichmäßig über 360° verteilt. Dabei bietet sich, wie mit den Pfeilen dargestellt, ein Ringanguss an. Alternativ zu einem Ringanguss kann das Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers 18 auch über einen Schirmanguss, wie er beispielhaft in 7 dargestellt ist, erfolgen. Die kleinen Pfeile 370 sollen die Fließrichtung des Kunststoff-Massestroms darstellen. Bei mehreren Anspritzpunkten eines Ringangusses wird z.B. zuerst der obere Flansch des Wicklungsträgers 18 aufgefüllt, dann fließt die Kunststoffmasse gleichmäßig die rohrförmige Geometrie bildend in axialer Richtung des Wicklungsträgers 18 entlang, um dann den unteren Flansch des Wicklungsträgers 18 auszuformen. Dabei fällt die axiale Kunststofffließrichtung zusammen mit der Axialrichtung X-X des Injektors 1.
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Werden in vorteilhafter Weise Kunststoffe mit Glasfasern für den Umspritzungswerkstoff verwendet, so geben die Pfeile 370 symbolisch auch die Ausrichtung der Glasfasern mit an. Durch den Ringanguss oder den Schirmanguss des Kunststoffs zum Kunststoffspritzgießen des Wicklungsträgers 18 wird insofern auch vorteilhafterweise eine axiale Ausrichtung der Glasfasern im Wicklungsträger 18 mit erzielt, der eine hohe Stabilität des Wicklungsträgers 18 garantiert.
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Eine nachteilige Bindenaht 36, wie sie an herkömmlichen Wicklungsträgern 18 für Magnetspulen 20 entsteht und in der 3 gezeigt ist, kann so in vorteilhafter Weise vermieden werden. Erfindungsgemäß kann auf diese Weise also der Wicklungsträger 18 der Magnetspule 20 weitgehend bindenahtfrei erstellt werden.
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In der 6 ist beispielhaft ein ausgetrennter Ringanguss für einen Wicklungsträger 18 einer Magnetspule 20 gemäß 5 dargestellt, aus der ersichtlich wird, dass z.B. über sechs Angussstellen 350 und also am Werkzeugumfang über 360° entsprechend gleichmäßig verteilte Düsen die Kunststoffmasse zum bindenahtfreien Herstellen des Wicklungsträgers 18 eingebracht wird.
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In der 7 ist ein Wicklungsträger 18 einer Magnetspule 20 mit einem beispielhaft dargestellten Schirmanguss 351 gezeigt, der es ermöglicht, die Kunststoffmasse sehr gleichmäßig und homogen über fast die gesamte radiale Ausdehnung des zu erstellenden Wicklungsträgers 18 zuzuführen.
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Somit kann erfindungsgemäß ein Injektor 1 bereitgestellt werden, welcher einen besonders robusten Magnetaktor 2 mit einer Magnetspule 20, die einen bruchsicheren Wicklungsträger 18 besitzt, aufweist. Der Injektor 1 wird besonders bevorzugt zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine verwendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10032337 [0003]
- DE 102005061410 A1 [0003]
- DE 102015226127 A1 [0003]
