DE4420176A1 - Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil - Google Patents
Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares VentilInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Ventilnadel für ein
elektromagnetisch betätigbares Ventil nach der Gattung des
Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 40 08 675 ist bereits eine
Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil
bekannt, die aus einem Anker, einem Ventilschließglied und
einem den Anker mit dem z. B. kugelförmigen
Ventilschließglied verbindenden hülsenförmigen
Verbindungsrohr besteht. Die einzelnen Abschnitte stellen
getrennt voneinander gefertigte Einzelteile dar, die erst
mittels Fügeverfahren, z. B. durch Laserschweißen,
miteinander verbunden werden. Der Anker umgreift dabei das
Verbindungsrohr vollständig radial und zumindest teilweise
axial, da das Verbindungsrohr in einer durchgehenden
Längsöffnung des Ankers befestigt ist. Das Verbindungsrohr
weist selbst auch eine durchgehende innere Längsöffnung auf,
in der Brennstoff in Richtung zum Ventilschließglied strömen
kann, der dann nahe des Ventilschließglieds durch in der
Wandung des Verbindungsrohrs eingebrachte, radial
verlaufende Queröffnungen austritt. Der Brennstofffluß
erfolgt also zuerst im Inneren der Ventilnadel und verläßt
die Ventilnadel erst zum Ventilsitz hin.
Die erfindungsgemäße Ventilnadel mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß sie auf besonders einfache und kostengünstige Art und
Weise herstellbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß das Verbindungsrohr gerade keine Hülsenform
mehr besitzt, sondern als Verbindungsteil zwischen Anker und
Ventilschließglied aus einem einfachen und kostengünstigen
Profilhalbzeug herstellbar ist. Damit entfallen alle
Fertigungsprozesse für Längsschlitze oder Queröffnungen im
Verbindungsteil. Die verwendbaren Profilhalbzeuge besitzen
einen solchen Querschnitt, daß nach der Verbindung von Anker
und Verbindungsteil automatisch in der Längsöffnung des
Ankers Strömungskanäle gebildet werden. Von Vorteil sind die
relativ großen Querschnitte dieser Strömungskanäle, so daß
der Brennstoff ungehindert in axialer Richtung die
Strömungskanäle durchströmen kann und nachfolgend an der
äußeren Kontur des Verbindungsteils bis zum
Ventilschließglied entlang fließt. Einen besonderen Vorteil
stellt die Verwendung von kostengünstigem Stangenmaterial
für das Verbindungsteil dar, das nur noch auf eine exakte
Länge für den Einsatz an der Ventilnadel gebracht werden
muß.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Hauptanspruch angegebenen Ventilnadel möglich.
Besonders vorteilhaft sind Profilhalbzeuge zur Verwendung
als Verbindungsteil der Ventilnadel, die einen kreuzförmigen
oder Y-förmigen Querschnitt aufweisen. Mit den vier bzw.
drei Profilarmen bildet das in der Längsöffnung des Ankers
eingesetzte Verbindungsteil entsprechend auch vier bzw. drei
Strömungskanäle, da zwischen jeweils zwei Profilarmen in
Umfangsrichtung ein Strömungskanal entsteht.
Außerdem kann es von Vorteil sein, Profilhalbzeuge mit einem
kreisabschnittsförmigen Querschnitt für das Verbindungsteil
zu verwenden, besonders dann, wenn asymmetrische
Strahlverläufe des abzuspritzenden Mediums erwünscht sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein
Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen
Ventilnadel, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ventilnadel
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 eine
Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine Seitenansicht einer
Ventilnadel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 5
eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel, Fig. 6 eine Draufsicht auf eine
Ventilnadel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 7
eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel, Fig. 8 eine Draufsicht auf eine
Ventilnadel gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 9
eine Draufsicht auf eine Ventilnadel gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel und Fig. 10 eine Draufsicht auf eine
Ventilnadel gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel.
Das in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte
elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines
Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von
gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat
einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als
Brennstoffeinlaßstutzen dienenden rohrförmigen Kern 2. Die
Magnetspule 1 mit einem Spulenkörper 3 ist z. B. mit einer
Kunststoffumspritzung 5 versehen, wobei zugleich ein
elektrischer Anschlußstecker 6 mitangespritzt ist.
Mit einem unteren Kernende 10 des Kerns 2 ist konzentrisch
zu einer Ventillängsachse 11 dicht ein rohrförmiges,
metallenes Zwischenteil 12 beispielsweise durch Schweißen
verbunden und übergreift das Kernende 10 teilweise axial.
Das Zwischenteil 12 ist an seinem dem Kern 2 abgewandten
Ende mit einem unteren Zylinderabschnitt 18 versehen, der
einen rohrförmigen Düsenträger 19 übergreift und mit diesem
beispielsweise durch Schweißen dicht verbunden ist. In das
stromabwärts liegende Ende des Düsenträgers 19 ist in einer
konzentrisch zu der Ventillängsachse 11 verlaufenden
Durchgangsbohrung 20 ein zylinderförmiger Ventilsitzkörper
21 durch Schweißen dicht montiert. Der Ventilsitzkörper 21
weist der Magnetspule 1 zugewandt einen festen Ventilsitz 22
auf, stromabwärts dessen im Ventilsitzkörper 21 z. B. zwei
Abspritzöffnungen 23 ausgebildet sind. Stromabwärts der
Abspritzöffnungen 23 hat der Ventilsitzkörper 21 eine sich
in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig erweiternde
Aufbereitungsbohrung 24.
In eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 11 verlaufende
abgestufte Strömungsbohrung 25 des Kerns 2 ist zur
Einstellung der Federkraft einer Rückstellfeder 26 eine
rohrförmige Einstellbuchse 27 eingepreßt. Die Einpreßtiefe
der Einstellbuchse 27 in die Strömungsbohrung 25 des Kerns 2
bestimmt die Federkraft der Rückstellfeder 26 und beeinflußt
damit auch die dynamische, während des Öffnungs- und des
Schließhubes des Ventils abgegebene Brennstoffmenge. Mit
ihrem der Einstellbuchse 27 abgewandten Ende stützt sich die
Rückstellfeder 26 an einer dem Kern 2 zugewandten
Stirnfläche 30 eines konzentrisch zu der Ventillängsachse 11
angeordneten und erfindungsgemäß ausgebildeten
Verbindungsteils 32 ab.
Das aus einem Profilhalbzeug hergestellte Verbindungsteil 32
ist Teil einer Ventilnadel 34, zu der weiterhin ein dem Kern
2 zugewandter und mit dem Kern 2 sowie der Magnetspule 1
zusammenwirkender hülsenförmiger Anker 36 und ein am
stromabwärtigen Ende 38 des Verbindungsteils 32
angeordnetes, z. B. kugelförmiges Ventilschließglied 37
gehören. Das kugelförmige Ventilschließglied 37 ist dabei
beispielsweise mittels durch Laserschweißen erzielte
Schweißverbindungen 40 mit dem Verbindungsteil 32 fest
verbunden. Um eine möglichst gute Verbindung und eine exakte
Zentrierung des kugelförmigen Ventilschließgliedes 37
gegenüber dem Verbindungsteil 32 zu erzielen, hat das
Verbindungsteil 32 an seinem stromabwärtigen Ende 38 der
Stirnfläche 30 abgewandt eine stirnseitige, z. B. teilweise
kalottenförmig ausgebildete Anlagefläche 41. Das
Verbindungsteil 32 und das Ventilschließglied 37 haben einen
geringeren Durchmesser als der Anker 36. Das beispielsweise
kugelförmige Ventilschließglied 37 weist an seinem Umfang
z. B. vier kreisförmige Abflachungen 50 auf, die das Strömen
des Brennstoffs in Richtung des Ventilsitzes 22 des
Ventilsitzkörpers 21 erleichtern. Der Anker 36 ist mit dem
dem Ventilschließglied 37 abgewandten Ende des in ihn
eingesteckten Verbindungsteils 32 durch mehrere kleine
Schweißnähte 48 verbunden und auf den Kern 2 ausgerichtet.
Die Magnetspule 1 ist von wenigstens einem, beispielsweise
als Bügel ausgebildeten, als ferromagnetisches Element
dienenden Leitelement 51 wenigstens teilweise umgeben, das
mit seinem einen Ende an dem Kern 2 und mit seinem anderen
Ende an dem Düsenträger 19 anliegt und mit diesem, z. B.
durch Schweißen oder Löten verbunden ist. Ein Teil des
Ventils ist von einer Kunststoffummantelung 52 umschlossen,
die sich vom Kern 2 ausgehend in axialer Richtung über die
Magnetspule 1 mit Anschlußstecker 6 und das wenigstens eine
Leitelement 51 erstreckt.
Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Ventilnadel 34
mit aufgeschnittenem Anker 36 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel, während die Fig. 3 eine Draufsicht auf
diese Ventilnadel 34 zeigt. Das aus einem kreuzförmigen
Profilhalbzeug gefertigte Verbindungsteil 32 besitzt vier
sich radial nach außen erstreckende, jeweils um 90°
versetzte schmale Profilarme 54, die über einen mittleren
Bereich 55 miteinander verbunden sind. Damit liegen jeweils
zwei Profilarme 54 genau gegenüber und bilden im Querschnitt
ein Kreuz. Die Profilarme 54 erstrecken sich in
Längsrichtung über die gesamte Länge des Verbindungsteils
32. Die feste Verbindung von Anker 36 und Verbindungsteil 32
erfolgt durch die Kontur des Verbindungsteils 32 in
Umfangsrichtung mit Schweißnähten 48 nur dort, wo die
Profilarme 54 mit ihren abgerundeten Endflächen 56 den Anker
36 von innen berühren. Außerhalb der Profilarme 54 liegt in
Umfangsrichtung keine Berührung von Verbindungsteil 32 und
Anker 36 vor; vielmehr entstehen vier axial verlaufende
Strömungskanäle 60, die von der inneren Wandung des Ankers
36 und jeweils zwei Profilarmen 54 begrenzt werden.
Die Strömungskanäle 60 besitzen durch die Form des
Verbindungsteils 32 einen ungefähr dreieckförmigen
Querschnitt und sind genau so lang, wie die Umgreifungslänge
des Ankers 36 um das Verbindungsteil 32 ist. Der Brennstoff
gelangt von der Strömungsbohrung 25 im Kern 2 kommend bis
zum Anker 36 und tritt in dessen innere Längsöffnung ein bis
zur Stirnfläche 30 des Verbindungsteils 32. Hier beginnen
nun die vier Strömungskanäle 60, auf die der Brennstoff
aufgeteilt und durch die er durchgeleitet wird. Am dem
Ventilschließglied 37 zugewandten Ende des Ankers 36 tritt
der Brennstoff wieder aus den Strömungskanälen 60 aus und
strömt zumindest teilweise als Wandfilm des Verbindungsteils
32 bis zum Ventilschließglied 37. Ohne Längsschlitze oder
Queröffnungen im Verbindungsteil 32 wird der Brennstofffluß
bis zum Ventilsitz 22 also trotzdem vollständig
gewährleistet. Die Schweißverbindungen 40 zwischen dem
Verbindungsteil 32 und dem Ventilschließglied 37 erfolgen
beispielsweise analog den Schweißnähten 48 nur im äußeren
Randbereich der Profilarme 54.
In den Fig. 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Ventilnadel 34 in einer
Seitenansicht bzw. Draufsicht dargestellt. Dabei sind die
gegenüber dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel gleichbleibenden bzw. gleichwirkenden
Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die
Ventilnadel 34 zeichnet sich nun durch ein Verbindungsteil
32 mit Y-förmigen Querschnitt aus. Das Verbindungsteil 32
besitzt also nur drei sich radial nach außen erstreckende,
beispielsweise jeweils um 120° versetzte schmale Profilarme
54, die über einen mittleren Bereich 55 miteinander verbun
den sind. Die drei Profilarme 54 erstrecken sich ebenfalls
in Längsrichtung über die gesamte Länge des Verbindungsteils
32. Auch die Schweißnähte 40 und 48 sind analog dem ersten
Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die drei Profilarme 54 haben
zwangsläufig zur Folge, daß im axialen Erstreckungsbereich
des Ankers 36 auch drei Strömungskanäle 60 gebildet werden,
die vom Brennstoff axial durchströmt werden.
Auch hier stellt also das Verbindungsteil 32 eine sehr
kostengünstige Variante dar, da ein Profilhalbzeug verwendet
werden kann, durch das bereits Strömungskanäle 60 entstehen,
ohne daß in verschiedenen Bearbeitungsschritten zusätzliche
Brennstoffaustrittsöffnungen vorgesehen werden müssen. Einen
besonderen Vorteil stellt die Verwendung von Stangenmaterial
für das Verbindungsteil 32 dar, das nur noch auf eine exakte
Länge für den Einsatz an der Ventilnadel 34 gebracht werden
muß.
Weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen
Ventilnadeln 34 sind in den Fig. 6 bis 10 als
Draufsichten dargestellt. Bei dem dritten, in der Fig. 6
dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine
Ventilnadel 34 mit einem plattenförmigen Verbindungsteil 32,
das zwei flache sowie zwei abgerundete Umfangsflächen
(Endflächen 56) besitzt. Die zwei abgerundeten Endflächen 56
dienen der besseren Befestigung des Verbindungsteils 32 im
eine kreisförmige innere Wandung aufweisenden Anker 36. Die
flachen Umfangsflächen erstrecken sich dagegen mit einem
radialen Abstand von der inneren Wandung des Ankers 36, so
daß zwischen den beiden flachen Umfangsflächen und der
inneren Wandung des Ankers 36 zwei Strömungskanäle 60 für
den Brennstoff gebildet sind.
Das in der Fig. 7 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel
verdeutlicht eine weitere Variante der Ausbildung des
Verbindungsteils 32 aus einem Profilhalbzeug. Hier besitzt
nun das Verbindungsteil 32 einen kreisabschnittsförmigen
Querschnitt, beispielsweise genau einen halbkreisförmigen
Querschnitt. Die abgerundete Endfläche 56 berührt den Anker
36 an seiner inneren Wandung und ist mit diesem fest
verbunden. Der gegenüber einem Vollkreis fehlende Teil des
einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweisenden
Verbindungsteils 32 stellt genau den Strömungskanal 60 im
Inneren des Ankers 36 dar. Dieser einseitig ausgebildete
Strömungskanal 60 ist besonders dann von Vorteil, wenn
asymmetrische Strahlverläufe erzielt werden sollen. Das in
der Fig. 8 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel nur
dahingehend, daß aus dem kreisabschnittsförmigen
Verbindungsteil 32 ausgehend von dessen flacher
Umfangsfläche ein weiterer Profilarm 54 bis zur inneren
Wandung des Ankers 36 herausragt, der ebenfalls eine
abgerundete Endfläche 56 aufweist und durch den zwei
Strömungskanäle 60 gebildet werden.
Zwei Ausführungsbeispiele von Ventilnadeln 34 mit
Verbindungsteilen 32, die als Profilhalbzeuge keine
abgerundeten Endflächen 56 aufweisen, sind in den Fig. 9
und 10 dargestellt. Die einen dreieckförmigen bzw.
viereckförmigen Querschnitt besitzenden Verbindungsteile 32
haben nur drei bzw. vier axiale Linienberührungen mit der
inneren Wandung des Ankers 36, so daß nur sehr enge Bereiche
zur Befestigung zwischen Anker 36 und Verbindungsteil 32 zur
Verfügung stehen. Entsprechend der Anzahl der Ecken des
Verbindungsteils 32 ergeben sich auch die Strömungskanäle 60
für den Brennstoff, also bei einem viereckigen
Verbindungsteil 32 vier Strömungskanäle 60. Die
Strömungskanäle 60 werden zum einen von der kreisförmigen
inneren Wandung des Ankers 36 und zum anderen von den
zwischen jeweils zwei Ecken verlaufenden flachen
Umfangsflächen des Verbindungsteils 32 begrenzt. Mit diesen
Verbindungsteilen 32 ist es möglich, entweder jeweils gleich
große oder auch unterschiedlich große Strömungskanäle 60 zu
schaffen.
Claims (9)
1. Ventilnadel für ein elektromagnetisch betätigbares
Ventil, insbesondere für ein Einspritzventil für
Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, das
einen Kern, eine Magnetspule und einen festen Ventilsitz
hat, mit dem die aus einem Anker, einem Verbindungsteil und
einem Ventilschließglied bestehende Ventilnadel
zusammenwirkt, wobei das Verbindungsteil den Anker mit dem
Ventilschließglied verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungsteil (32) aus einem Profilhalbzeug
hergestellt ist, teilweise von dem Anker (36) radial umgeben
ist, wenigstens einen sich radial erstreckenden Profilarm
(54) aufweist und zwischen sich und dem Anker (36) wenigstens
einen Strömungskanal (60) bildet.
2. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungsteil (32) einen kreuzförmigen Querschnitt
besitzt mit vier radial nach außen stehenden Profilarmen
(54).
3. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungsteil (32) einen Y-förmigen Querschnitt
besitzt mit drei radial nach außen stehenden Profilarmen
(54).
4. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungsteil (32) einen kreisabschnittsförmigen
Querschnitt besitzt mit wenigstens einem Profilarm (54).
5. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verbindungsteil (32) im Querschnitt die Form eines
Polygons hat, wobei die Anzahl der Ecken gleich der Anzahl
der gebildeten Strömungskanäle (60) ist.
6. Ventilnadel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
durch das einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisende
Verbindungsteil (32) vier Strömungskanäle (60) im Anker (36)
gebildet sind.
7. Ventilnadel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
durch das einen Y-förmigen Querschnitt aufweisende
Verbindungsteil (32) drei Strömungskanäle (60) im Anker (36)
gebildet sind.
8. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge des wenigstens einen Strömungskanals (60) der
Umgreifungslänge des Ankers (36) um das Verbindungsteil (32)
entspricht.
9. Ventilnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventilschließglied (37) kugelförmig ausgebildet ist und
das dem Ventilschließglied (37) zugewandte Ende (38) des
Verbindungsteils (32) eine kalottenförmige Anlagefläche (41)
hat.
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