DE4003227C1 - EM fuel injection valve for IC engine - has two overlapping parts welded together as narrowed section of one part - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Ven­ til nach der Gattung des Hauptanspruchs. In der DE-OS 38 25 135 ist bereits ein elektromagnetisch betätigbares Ventil vorgeschlagen worden, bei dem ein Verlöten oder Verschweißen des An­ kers mit dem Verbindungsrohr, des Leitelementes mit dem Kern sowie mit dem Verbindungsteil, des Zwischenteiles mit dem Kernende sowie mit dem Verbindungsteil und des Verbindungsteils mit dem Ventilsitz­ körper erfolgt. Das dementsprechend gefertigte Ventil besitzt auf­ grund des für die Löt- bzw. Schweißnähte vorzusehenden Platzbedarfes ein großes Bauvolumen. Beim Schweißen besteht die Gefahr, daß sich die miteinander zu verschweißenden Teile aufgrund von thermisch be­ dingten Spannungen verformen, aber auch, daß bei größeren Wandstär­ ken der übereinanderragenden Teile die erforderliche Zuverlässigkeit der Verbindung nicht gewährleistet ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine sichere Ver­ schweißung erzielbar ist und sich das Ventil mit in radialer und axialer Richtung kleineren Abmessungen fertigen läßt. Die verein­ fachte Verschweißung in einer Querschnittsverringerung ermöglicht eine Verringerung der Erwärmung der zu verschweißenden Teile und bildet zugleich eine sichere und zuverlässige Verbindung aus. Eine Verformung der Teile infolge der Temperatureinwirkung ist somit weitgehend ausgeschlossen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, die Querschnittsverringerung als Schweißnut auszubilden, die in der Nähe eines Endes eines zu ver­ schweißenden Teiles liegt und zu diesem Ende hin durch einen Ver­ stärkungsbund begrenzt wird. Die erfindungsgemäße Schweißnut läßt sich nicht nur einfach herstellen, der Verstärkungsbund dient zu­ gleich als Schutz für die Schweißnaht und die geringe Wandstärke im Bereich der Querschnittsverringerung. Die Lage der Schweißnut und damit auch der Schweißnaht in der Nähe der Enden des einen zu ver­ schweißenden Teiles sorgt für eine zuverlässige Verbindung.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Verstärkungsbund zu einer zentra­ len Öffnung hin eine Einführphase und/oder einen Kantenbruch auf­ weist, um ein vereinfachtes Aufeinanderschieben zweier miteinander zu verschweißender, zylinder- bzw. rohrförmiger Teile zu ermöglichen.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Ventilsitzkörper zwischen dem Ventilsitz und einer den Ventilsitzkörper mit dem Verbindungsteil verbindenden Schweißnaht eine umlaufende Nut aufweist. Diese Redu­ zierung der Querschnittsfläche verringert den Wärmefluß beim Schwei­ ßen von der Schweißnaht in den Ventilsitz des Ventilsitzkörpers, so daß ein Verziehen des Ventilsitzes durch thermisch bedingte Spannun­ gen verhindert wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche des Ventil­ sitzkörpers zwischen einer Aufbereitungsbohrung des Ventilsitzkör­ pers und einem Nutgrund der umlaufenden Nut weniger als ein Viertel der Querschnittsfläche des Ventilsitzkörpers beträgt, die zwischen der Berührungslinie des an der Ventilsitzfläche anliegenden Ventil­ schließkörpers und dem Umfang des Ventilsitzkörpers gebildet wird, um den Wärmefluß so weit wie möglich zu verringern, ohne aber die Stabilität des Ventilsitzkörpers zu gefährden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wandstärke der Querschnitts­ verringerung des einen zu verschweißenden Teiles im Bereich der Ver­ schweißung ca. 0,3 mm beträgt, so daß zum einen eine zuverlässige Schweißung gewährleistet ist, zum anderen aber auch durch die ge­ ringe Wandstärke bei der Schweißung nur eine reduzierte Wärmezufuhr erforderlich ist.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Wandstärke der Querschnittsverrin­ gerung des einen zu verschweißenden Teiles wesentlich geringer ist als die Wandstärke des anderen zu verschweißenden Teiles im Bereich der Verschweißung, so daß durch die deutlich größere Wandstärke des anderen Teiles eine sichere Verschweißung sowie die erforderliche Wärmeabfuhr gewährleistet ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung verein­ facht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäß ausgestalteten Ventils und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Ver­ schweißung von zwei übereinanderragenden metallenen Teilen des Ven­ tils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte elektromagnetisch be­ tätigbare Ventil in Form eines Einspritzventils für Brennstoffein­ spritzanlagen von Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnet­ spule 3 umgebenen Kern 1, der rohrförmig ausgebildet ist und über den der Brennstoffzulauf erfolgt. Anschließend an ein unteres Kern­ ende 2, auf dem die Magnetspule 3 angeordnet ist, ist konzentrisch zu einer Ventillängsachse 4 dicht mit dem Kern 1 ein das Kernende 2 umfassender erster Verbindungsabschnitt 5 eines rohrförmigen, metal­ lenen Zwischenteiles 6, der am Umfang eine Querschnittsverringerung 40 aufweist, durch eine in der Querschnittsverringerung 40 verlau­ fende, mittels Laser erzeugte Schweißnaht 54 verbunden.

Die in der Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Verschweißung von zwei übereinanderragenden metallenen Teilen des Ventils soll für alle Verschweißungen des Ventils in entsprechend angepaßter Form gelten und zeigt beispielhaft die als Schweißnut ausgebildete Quer­ schnittsverringerung 40 des ersten Verbindungsabschnitts 5, die in der Nähe eines Endes des Teiles, beispielsweise des Zwischenteiles 6, liegt und zu diesem Ende hin durch einen radial sich über den Nutgrund hinaus erstreckenden Verstärkungsbund 41 begrenzt wird. Der Verstärkungsbund 41 dient als Schutz für die Schweißnaht 54 und die geringe Wandstärke der Querschnittsverringerung 40 von ca. 0,3 mm. Weist der Verstärkungsbund 41 zur zentralen Öffnung 55 des Zwischen­ teils 6 hin eine Einführphase 42 und/oder einen Kantenbruch auf, so erleichtert dies die Montage. Die im Vergleich zur Querschnittsver­ ringerung 40 wesentlich größere Wandstärke des anderen zu verschwei­ ßenden Teiles, hier des Kernendes 2, ermöglicht eine sichere und zu­ verlässige Verschweißung.

Ein einen größeren Durchmesser als der erste Verbindungsabschnitt 5 aufweisender zweiter Verbindungsabschnitt 7 des Zwischenteiles 6 um­ greift ein rohrförmiges metallenes Verbindungsteil und ist mit die­ sem mittels einer in einer am stromabwärtigen Ende des zweiten Ver­ bindungsabschnittes 7 ausgebildeten Querschnittsverringerung 50 aus­ geführten Laserschweißung entsprechend der Darstellung in Fig. 2 verbunden. Um kleine Außenmaße des Ventils zu ermöglichen, umgreift der erste Verbindungsabschnitt 5 einen Halteabsatz 36 des Kernendes 2, der einen geringeren Außendurchmesser als der Kern 1 hat, und der zweite Verbindungsabschnitt 7 umgreift einen ebenfalls mit geringe­ rem Außendurchmesser als im angrenzenden Bereich ausgebildeten Hal­ teabsatz 37 des Verbindungsteils 20.

An dem dem Kern 1 abgewandten Ende des Verbindungsteiles 20 ist in eine Haltebohrung 39 ein eine Nut 31 aufweisender Ventilsitzkörper 8 eingeschweißt, wobei die mittels Laser erzeugte Schweißung in einer Querschnittsverringerung 52 des Verbindungsteiles 20 verläuft, wie Fig. 2 dies als Beispiel zeigt. Die Nut 31 liegt dabei zwischen Ventilsitz 9 und Querschnittsverringerung 52. Die Aneinanderreihung von Kern 1, Zwischenteil 6, Verbindungsteil 20 und Ventilsitzkörper 8 stellt somit eine dichte starre metallene Einheit dar. Stromab­ wärts des Ventilsitzes 9 ist im Ventilsitzkörper 8 wenigstens eine Abspritzöffnung 17 ausgebildet.

Eine in eine Strömungsbohrung 21 des Kerns 1 eingepreßte Verschiebe­ hülse 22 dient zur Einstellung der Federvorspannung einer an der Verschiebehülse 22 anliegenden Rückstellfeder 18, die sich mit ihrem stromabwärts gerichteten Ende an einem Verbindungsrohr 23 abstützt. Mit dem der Rückstellfeder 18 zugewandten Ende des Verbindungsrohres 23 ist durch Laserschweißung ein Anker 12 verbunden, in dessen dem Kernende 2 abgewandt ausgebildeter Querschnittsverringerung 51 eine Schweißnaht entsprechend der in der Fig. 2 gezeigten verläuft. Das rohrförmige Zwischenteil 6 dient mit einem Führungsbund 10 zugleich als Führung für den Anker 12. Am anderen Ende des Verbindungsrohres 23 ist dieses mit einem mit dem Ventilsitz 9 zusammenwirkenden, z.B. als Kugel ausgebildeten Ventilschließkörper 14 beispielsweise durch Schweißen verbunden.

Die umlaufende Nut 31 im Ventilsitzkörper 8 bewirkt, daß die Quer­ schnittsfläche des Ventilsitzkörpers 8 zwischen einer Aufbereitungs­ bohrung 32 des Ventilsitzkörpers 8 und einem Nutgrund 33 der umlau­ fenden Nut 31 weniger als ein Viertel der Querschnittsfläche des Ventilsitzkörpers 8 beträgt, die zwischen der Berührungslinie des an der Ventilsitzfläche anliegenden Ventilschließkörpers 14 und dem Um­ fang des Ventilsitzkörpers 8 gebildet wird. Diese verringerte Quer­ schnittsfläche reduziert den Wärmefluß beim Schweißen von der Schweißnaht 30 in den Ventilsitz 9, so daß ein Verziehen des Ventil­ sitzes 9 durch thermisch bedingte Spannungen ausgeschlossen ist.

Die Magnetspule 3 ist von wenigstens einem, im Ausführungsbeispiel als Bügel ausgebildeten, als ferromagnetisches Element dienenden Leitelement 28 in axialer Richtung vollständig und in Umfangsrich­ tung zumindest teilweise umgeben. Das Leitelement 28 ist mit seinem Bereich 29 an die Kontur der Magnetspule 3 angepaßt, ein sich radial nach innen erstreckender oberer Endabschnitt 44 umgreift teilweise den Kern 1, ein unterer Endabschnitt 45 teilweise das Verbindungs­ teil 20. Der obere Endabschnitt 44 ist mit seinem dem Ventilschließ­ körper 14 abgewandten Ende mit dem Kern 1 durch Laserschweißen ver­ bunden, wobei die Schweißung in einer einfachen, nur über einen Teil des Umfanges des Leitelementes 28 verlaufenden Querschnittsverringe­ rung 46 des oberen Endabschnittes 44 ausgebildet ist. Mit seinem un­ teren Endabschnitt 45 ist das Leitelement 28 mittels Laserschweißen mit dem Verbindungsteil 20 in einer Querschnittsverringerung 47 ver­ bunden, beispielsweise entsprechend der in der Fig. 2 dargestellten Schweißung. Da das Leitelement 28 keine Abdichtfunktion erfüllt, ist eine umlaufende, dichte Verschweißung nicht notwendig, so daß auch die Querschnittsverringerungen 46, 47 an dem oberen Endabschnitt 44 und dem unteren Endabschnitt 45 nicht umlaufend ausgebildet sein müssen. In einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist es auch möglich, ebenso wie an dem oberen Endabschnitt 44 auch an dem unteren Endabschnitt 45 auf die Ausbildung einer über den gesamten Umfang des Leitelementes 28 verlaufenden Schweißnut zu verzichten und nur eine einfache, sich nur über einen Teil des Um­ fanges des Leitelementes 28 erstreckende Querschnittsverringerung vorzusehen.

Mindestens ein Teil des Kerns 1 und die Magnetspule 3 in ihrer ge­ samten axialen Länge sind durch eine Kunststoffummantelung 24 um­ schlossen, die auch wenigstens noch das Zwischenteil 6 und einen Teil des Verbindungsteils 20 umschließt. An diese durch Ausgießen oder Umspritzen mit Kunststoff erzielte Kunststoffummantelung 24 schließt sich in axialer Richtung stromabwärts ein das Verbindungs­ teil 20 zum Teil umschließendes, aus farbigem Kunststoff gefertigtes rohrförmiges Kennzeichnungselement 27 an, das an dem Ventil durch eine Klemm-, Preß- oder Schraubverbindung gehalten wird. Die farbige Kennzeichnung des Ventils ermöglicht eine schnelle Identifikation des Ventiltyps bei der Produktion, Montage oder auch bei der Er­ satzteilhaltung.

An die Kunststoffummantelung 24 ist zugleich ein elektrischer An­ schlußstecker 26 angeformt, über den die elektrische Kontaktierung der Magnetspule 3 und damit deren Erregung erfolgt.

Die in Querschnittsverringerungen ausgeführten Laserschweißungen ermöglichen nicht nur einen kompakten Aufbau des Ventils, sie zeichnen sich auch durch eine hohe Sicherheit und Zu­ verlässigkeit sowie eine einfache Ausführbarkeit aus.

Claims (7)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem von einer Magnetspule (3) umgebenen Kern (1), mit einem Anker (12), durch den ein mit einem festen Ventilsitz (9) zusammenwirken­ der Ventilschließkörper (14) mittels eines mit dem Anker (12) ver­ schweißten Verbindungsrohres (23) betätigbar ist, mit einem rohrför­ migen metallenen Zwischenteil (6), das mit seinem einen Ende mit ei­ nem dem Anker (12) zugewandten Ende des Kerns (1) und mit seinem an­ deren Ende mit einem rohrförmigen Verbindungsteil (20) durch Schweißen dicht verbunden ist, mit zumindest einem die Magnetspule (3) übergreifenden bügelförmigen Leitelement (28), das mit seinem dem Ventilschließkörper (14) zugewandten Ende mit dem Verbindungs­ teil (20) und mit seinem anderen Ende mit dem Kern (1) durch Schweißen verbunden ist, und mit einem den festen Ventilsitz (9) aufweisenden metallenen Ventilsitzkörper (8), der mit seinem dem Zwischenteil (6) abgewandten Ende an dem Verbindungsteil (20) durch Schweißen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ schweißung von zwei sich überlappenden metallenen Teilen des Ven­ tils - z.B. von Anker (12) und Verbindungsrohr (23) und/oder von Kernende (2) und Zwischenteil (6) und/oder von Zwischenteil (6) und Verbindungsteil (20) und/oder von Leitelement (28) und Kern (1) und/oder von Leitelement (28) und Verbindungsteil (20) und/oder von Verbindungsteil (20) und Ventilsitzkörper (8) - in einer Quer­ schnittsverringerung (40, 46, 47, 50, 51, 52) eines der beiden je­ weils zu verschweißenden Teile erfolgt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer­ schnittsverringerung (40, 46, 47, 50, 51, 52) als Schweißnut ausge­ bildet ist, die in der Nähe eines Endes des Teiles liegt und zu die­ sem Ende hin durch einen Verstärkungsbund (41) begrenzt wird.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstär­ kungsbund (41) zu einer zentralen Öffnung (55) hin eine Einführphase (42) und/oder einen Kantenbruch aufweist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (8) zwischen dem Ventilsitz (9) und einer den Ventilsitzkörper (8) mit dem Verbindungsteil (20) verbindenden Schweißnaht (30) eine umlaufende Nut (31) aufweist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer­ schnittsfläche des Ventilsitzkörpers (8) zwischen einer Aufberei­ tungsbohrung (32) des Ventilsitzkörpers (8) und einem Nutgrund (33) der umlaufenden Nut (31) weniger als ein Viertel der Querschnitts­ fläche des Ventilsitzkörpers (8) beträgt, die zwischen der Berüh­ rungslinie des an der Ventilsitzfläche anliegenden Ventilschließkör­ pers (14) und dem Umfang des Ventilsitzkörpers (8) gebildet wird.

6. Ventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Querschnittsverringerung (40, 46, 47, 50, 51, 52) ca. 0,3 mm betragt.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand­ stärke der Querschnittsverringerung (40, 46, 47, 50, 51, 52) des ei­ nen zu verschweißenden Teiles wesentlich geringer ist als die Wand­ stärke des anderen zu verschweißenden Teiles im Bereich der Ver­ schweißung.