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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, wie
es in Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung verwendet wird, wie
sie etwa in Automobilen usw. zum Einsatz kommen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Beispiele
für bekannte
Brennstoffeinspritzsysteme verwenden ein Brennstoffeinspritzventil,
um eine Brennstoffmenge abzugeben, die in einer Kraftmaschine mit
innerer Verbrennung verbrannt werden soll. Die abgegebene Brennstoffmenge
kann aufgrund einer Reihe von Motorparametern wie etwa Motordrehzahl,
Motorlast, Motoremissionen usw. variiert werden.
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In
der Regel überwachen
elektronische Brennstoffeinspritzsysteme mindestens einen der Motorparameter
und steuern das Brennstoffeinspritzventil elektronisch an, um den
Brennstoff abzugeben. Beispiele für bekannte Brennstoffeinspritzventile
verwenden üblicherweise
elektromagnetische Spulen, piezoelektrische Elemente oder magnetostriktive Werkstoffe,
um ein Ventil zu betätigen.
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Bekannte
Ventile für
Brennstoffeinspritzventile umfassen ein Schließelement, das relativ zu einem
Ventilsitz beweglich ist. Der Brennstofffluss durch das Brennstoffeinspritzventil
wird blockiert, wenn das Schließelement
formschlüssig
auf dem Ventilsitz aufsitzt, und der Brennstofffluss durch das Brennstoffeinspritzventil
wird zugelassen, wenn das Schließelement vom Ventilsitz getrennt
wird.
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In
der Regel beinhalten bekannte Brennstoffeinspritzventile eine Feder,
die eine Kraft bereitstellt, mit der das Schließelement in Richtung des Ventilsitzes
beaufschlagt wird. Diese Vorspannkraft ist vorzugsweise einstellbar,
um die dynamischen Eigenschaften der Schließelementbewegung relativ zum Ventilsitz
einzustellen.
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Vorzugsweise
wird ein Filter zur Abtrennung von Partikeln aus dem Brennstofffluss
verwendet, und er umfasst eine Dichtung an einer Verbindung des
Brennstoffeinspritzventils mit einer Brennstoffquelle.
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Beispiele
für die
bekannten Brennstoffeinspritzventile haben eine Reihe von Nachteilen.
Es wird davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte Brennstoffeinspritzventile
vollständig
in einer Umgebung zusammengebaut werden müssen, die im Wesentlichen frei
von Verunreinigungen ist. Dies kann die Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils komplizieren
im Vergleich zur Herstellung von Bauteilen, bei denen Verunreinigungen
nicht so kritisch sind.
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Üblicherweise
können
Brennstoffeinspritzventile erst geprüft werden, nachdem die Endmontage
abgeschlossen wurde. In WO 95/16126 wird ein Einspritzventil gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen
Ansprüche
offenbart.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung versucht, ein verbessertes Brennstoffeinspritzventil
zur Verfügung
zu stellen. Die vorliegende Erfindung versucht, ein Brennstoffeinspritzventil
bereitzustellen, das vorteilhaft und einfach hergestellt werden
kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aspekte der Erfindung gelten wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
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Somit
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil aus einer Vielzahl von Modulen
bestehen, von denen jedes unabhängig von
den anderen zusammengebaut und geprüft werden kann. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
zu den Modulen eine Brennstoffdosierungs-Teilbaugruppe und eine
elektrische Teilbaugruppe gehören.
Diese Teilbaugruppen können
anschließend
zusammengebaut werden, um ein Brennstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung
herzustellen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigelegten Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und
dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung
und der unten gegebenen ausführlichen
Beschreibung zur Erklärung
der Merkmale der Erfindung.
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1 ist
eine Darstellung im Schnitt von einem Brennstoffeinspritzventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Darstellung im Schnitt von einer Brennstoffdosierungs-Teilbaugruppe
des in 1 gezeigten Brennstoffeinspritzventils.
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2A ist
eine Darstellung im Schnitt von einer Modifikation an der Brennstoffdosierungs-Teilbaugruppe
aus 2.
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Die 2B bis 2D stellen
den Einlasstubus und die Polstückbaugruppe
dar.
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3 ist
eine Darstellung im Schnitt von einer elektrischen Teilbaugruppe
des in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils.
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3A ist
eine Darstellung im Schnitt von den beiden Hülsen der elektrischen Teilbaugruppe aus 1.
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3B ist
eine Explosionszeichnung der Bauteile der elektrischen Teilbaugruppe
aus 3.
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4 ist eine isometrische Darstellung, die den
Zusammenbau der Brennstoffdosierungs- und der elektrischen Teilbaugruppe
darstellt, die in den 2 bzw. 3 gezeigt
sind.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Zusammenbau des modularen
Brennstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Es
wird nun beispielhaft das von den Erfindern für das beste gehaltene Verfahren
zur Ausführung
der Erfindung beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung werden
zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist für einschlägige Fachleute
allerdings offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch mit
Modifikationen der speziellen Ausführungsform praktisch umgesetzt
werden kann.
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Es
wird auf die 1 bis 4 Bezug
genommen, in denen ein magnetbetätigtes
Brennstoffeinspritzventil 100 dazu dient, eine Brennstoffmenge
abzugeben, die in einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht
dargestellt) verbrannt werden soll. Das Brennstoffeinspritzventil 100 verläuft entlang
einer Längsachse
A-A zwischen einem ersten Ende 238 des Brennstoffeinspritzventils
sowie einem zweiten Ende 239 des Brennstoffeinspritzventils
und umfasst eine Ventilgruppen-Teilbaugruppe 200 und
eine Spulengruppen-Teilbaugruppe 300. Die Ventilgruppen-Teilbaugruppe 200 führt Brennstoffdosierungs-Funktionen
aus, z.B. Definieren eines Brennstoffströmungspfads und Blockieren des
Brennstoffflusses durch das Brennstoffeinspritzventil 100.
Die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 führt elektrische Funktionen
aus, z.B. Umwandeln von elektrischen Signalen in eine Antriebskraft,
um den Brennstofffluss durch das Brennstoffeinspritzventil 100 zu
ermöglichen.
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Es
wird auf die 1 und 2 Bezug
genommen; die Ventilgruppen-Teilbaugruppe 200 umfasst eine
Tubusbaugruppe, die entlang der Längsachse A-A zwischen einem
ersten Ende 200A der Tubusbaugruppe und einem zweiten Ende 200B der Tubusbaugruppe
verläuft.
Die Tubusbaugruppe umfasst mindestens einen Einlasstubus 210,
eine nichtmagnetische Hülse 230 und
einen Ventilkörper 240. Der
Einlasstubus 210 weist ein erstes Einlasstubusende am ersten
Ende 200A der Tubusbaugruppe auf. Ein zweites Ende des
Einlasstubus 210 ist mit einem ersten Hülsenende der nichtmagnetischen
Hülse 230 verbunden.
Ein zweites Hülsenende
der nichtmagnetischen Hülse 230 ist
mit einem ersten Ventilkörperende
des Ventilkörpers 240 verbunden.
Ein zweites Ventilkörperende
des Ventilkörpers 240 befindet
sich am zweiten Ende 200B der Tubusbaugruppe. Der Einlasstubus 210 kann
mittels eines Tiefziehprozesses oder eines Rollvorgangs hergestellt werden.
Ein Polstück
kann als Bestandteil des zweiten Einlasstubusendes des Einlasstubus 210 ausgeführt sein
oder es kann, wie dargestellt, ein separates Polstück 220 mit
einem Teileinlasstubus 210 verbunden werden. Das Polstück 220 kann
mit dem ersten Hülsenende
der nichtmagnetischen Hülse 230 verbunden
werden. Die nichtmagnetische Hülse 230 kann
aus nichtmagnetischem, rostfreiem Stahl bestehen, z.B. rostfreien
Stählen
der 300er-Reihe,
oder jedem anderen geeigneten Material, das ähnliche Struktur- und magnetische
Eigenschaften besitzt.
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Ein
Ventilsitz 250 ist am zweiten Ende der Tubusbaugruppe angebracht.
Der Ventilsitz 250 definiert eine Öffnung, die mittig auf der
Längsachse
A-A des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist und durch die
Brennstoff in die Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt)
strömen
kann. Der Ventilsitz 250 umfasst eine Dichtfläche, die
die Öffnung
umgibt. Die Dichtfläche,
die dem Inneren des Ventilkörpers 240 gegenüber angeordnet
ist, kann eine kegelstumpfförmige
oder konkave Form aufweisen und kann eine bearbeitete Oberfläche besitzen. Eine
Lochscheibe 254 kann in Verbindung mit dem Ventilsitz 250 verwendet
werden, um mindestens eine präzise
ausgelegte und ausgerichtete Öffnung bereitzustellen,
um ein spezielles Brennstoffstrahlbild zu erhalten.
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Eine
Ankerbaugruppe 260 ist in der Tubusbaugruppe angeordnet.
Die Ankerbaugruppe 260 umfasst ein erstes Ankerbaugruppenende,
das einen ferromagnetischen oder Ankerbereich 262 aufweist, und
ein zweites Ankerbaugruppenende, das einen Dichtbereich aufweist.
Die Ankerbaugruppe 260 ist so in der Tubusbaugruppe angeordnet,
dass der magnetische Bereich bzw. „Anker" 262 vom Polstück 220 gegengehalten
wird. Der Dichtbereich kann ein Schließelement 264 umfassen,
z.B. ein kugelförmiges
Ventilelement, das in Bezug auf den Ventilsitz 250 und
dessen Dichtfläche 252 beweglich
ist. Das Schließelement 264 ist zwischen
einer Position „geschlossen", wie in den 1 und 2 gezeigt, und
einer Position „geöffnet" (nicht dargestellt)
beweglich. In der Position „geschlossen" wirkt das Schließelement 264 formschlüssig auf
die Dichtfläche 252 ein
um zu verhindern, dass flüssiger
bzw. gasförmiger
Brennstoff durch die Öffnung
fließt.
In der Position „geöffnet" ist das Schließelement 264 in einem
Abstand zum Ventilsitz 250 angeordnet um zu ermöglichen,
dass Brennstoff durch die Öffnung fließt. Die
Ankerbaugruppe 260 kann ferner einen separaten Zwischenbereich 266 umfassen,
der den ferromagnetischen bzw. Ankerbereich 262 mit dem Schließelement 264 verbindet.
Der Zwischenbereich oder Ankertubus 266 kann mittels verschiedener
Verfahren hergestellt werden, zum Beispiel kann ein Blech gerollt
und seine Nähte
können
geschweißt werden,
oder ein Blech kann tiefgezogen werden, um einen nahtlosen Tubus
auszubilden. Der Zwischenbereich 266 ist zu bevorzugen
aufgrund seiner Fähigkeit,
Magnetflussverluste vom Magnetkreis des Brennstoffeinspritzventils 100 zu
reduzieren. Diese Fähigkeit
beruht auf der Tatsache, dass der Zwischenbereich oder Ankertubus 266 nichtmagnetisch sein
kann, wodurch der magnetische Bereich bzw. Anker 262 vom
ferromagnetischen Schließelement 264 magnetisch
entkoppelt wird. Weil das ferromagnetische Schließelement
vom ferromagnetischen oder Ankerbereich 262 entkoppelt
ist, werden Magnetflussverluste reduziert, wodurch die Effizienz
des Magnetkreises verbessert wird.
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Um
die Reaktion des Ankers zu verbessern, den Verschleiß an den
Kontaktflächen
und Veränderungen
des Arbeitsspalts zwischen den jeweiligen Endbereichen zu reduzieren,
können
Oberflächenbehandlungen
für mindestens
einen der Endbereiche angewendet werden. Die Oberflächenbehandlungen können Beschichten,
Galvanisieren oder Einsatzhärten
umfassen. Beschichtungen oder Galvanisierungen können unter anderem Hartverchromung,
Vernickelung oder Keronite-Beschichtungen beinhalten. Einsatzhärten dagegen
kann unter anderem Nitrierhärten,
Aufkohlung, Karbonitrierung, Cyanhärtung, Flammhärten, elektro-erosives
Bearbeiten oder Induktionshärten
umfassen.
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Die
Oberflächenbehandlungen
bilden in der Regel mindestens eine Schicht aus verschleißfesten Materialien
an den jeweiligen Endbereichen aus. Diese Schichten neigen allerdings
naturgegeben dazu, überall
dort dicker zu sein, wo sich eine scharfe Kante befindet, etwa am Übergang
zwischen dem Umfang und der radialen Endfläche des jeweiligen Bereichs.
Darüber
hinaus führt
dieser Verdickungseffekt zu unebenen Kontaktflächen an der radialen Außenkante
der Endbereiche. Durch die Ausbildung der verschleißfesten
Schichten auf mindestens einem von den Endbereichen, wobei mindestens
ein Endbereich eine Fläche
aufweist, die allgemein spitzwinklig zur Längsachse A-A ist, sind allerdings
beide Endbereiche nun im Wesentlichen in einem dichtenden Kontakt
miteinander.
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Die
Endbereiche sind allgemein symmetrisch um die Längsachse A-A angeordnet. Die
Fläche von
mindestens einem der Endbereiche kann allgemein konisch, kegelstumpfförmig, kugelförmig oder eine
Fläche
sein, die allgemein spitzwinklig im Verhältnis zur Achse A-A angeordnet
ist.
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Da
die Oberflächenbehandlungen
die physikalischen und magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen
Bereichs der Ankerbaugruppe 260 oder des Polstücks 220 beeinflussen
können,
umgibt ein geeignetes Material, z.B. eine Abdeckung, eine Beschichtung
oder eine Schutzschicht, während
der Oberflächenbehandlung
alle Bereiche außer
den betreffenden Endbereichen. Nach Abschluss der Oberflächenbehandlungen
wird das Material entfernt, wodurch die zuvor abgedeckten Bereiche
von den Oberflächenbehandlungen
unbeeinflusst bleiben.
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Durch
mindestens eine axial verlaufende durchgehende Bohrung 267 und
mindestens eine Öffnung 268 in
einer Wand der Ankerbaugruppe 260 kann der Brennstofffluss
durch die Ankerbaugruppe 260 gewährleistet werden. Die Öffnungen 268,
die jede beliebige Form haben können,
sind vorzugsweise nicht kreisförmig,
sondern z.B. axial lang gestreckt, um den Durchfluss von Gasblasen
zu erleichtern. Falls zum Beispiel ein gesonderter Zwischenbereich 266 vorhanden
ist, der ausgebildet wird, indem ein Blech im Wesentlichen zu einem
Tubus gerollt wird, können
die Öffnungen 268 ein
axial verlaufender Spalt sein, der zwischen sich nicht berührenden Kanten
des gerollten Blechs definiert sein kann. Die Öffnungen 268 sorgen
für einen
Fluidaustausch zwischen der mindestens einen durchgehenden Bohrung 267 und
dem Inneren des Ventilkörpers 240.
Somit kann in der Position „geöffnet" der Brennstoff von der
durchgehenden Bohrung 267 durch die Öffnungen 268 und das
Innere des Ventilkörpers 240,
um das Schließelement 264 und
durch die Öffnung
in den Motor (nicht dargestellt) geleitet werden.
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Für den Fall,
dass ein kugelförmiges
Ventilelement das Schließelement 264 ist,
kann das kugelförmige
Ventilelement mit der Ankerbaugruppe 260 an einem Durchmesser
verbunden sein, der kleiner als der Durchmesser des kugelförmigen Schließelements
ist. Eine solche Verbindung wäre
auf der Seite des kugelförmigen
Ventilelements, die dem formschlüssigen
Kontakt mit Sitz gegenüberliegt.
Eine untere Ankerführung 257 kann
in der Tubusbaugruppe am Ventilsitz angeordnet sein und würde sich schmiegend
dem Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements
anpassen. Die untere Ankerführung 257 kann
die Ausrichtung der Ankerbaugruppe 260 entlang der Achse
A-A erleichtern.
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Ein
elastisches Element 270 ist in der Tubusbaugruppe angeordnet
und spannt die Ankerbaugruppe 260 in Richtung des Ventilsitzes
vor. Eine Filterbaugruppe 282 die einen Filter 284A und
auch eine Einstellhülse 280 beinhaltet
kann in der Tubusbaugruppe angeordnet sein. Die Filterbaugruppe 282 umfasst
ein erstes Ende und ein zweites Ende. Der Filter 284A ist
an einem ersten Ende der Filterbaugruppe 282 angeordnet,
das am ersten Ende der Tubusbaugruppe und mit einem Abstand zum
elastischen Element 270 angeordnet ist, und die Einstellhülse 280 ist
allgemein am zweiten Ende der Tubusbaugruppe angeordnet. Die Einstellhülse 280 ist
in Wirkverbindung mit dem elastischen Element 270 und passt
die Vorspannkraft des Elements relativ zur Tubusbaugruppe an. Insbesondere
stellt die Einstellhülse 280 ein
Reaktionselement zur Verfügung,
gegen das das elastische Element 270 reagiert, um das Brennstoffeinspritzventil 100 zu
schließen,
wenn die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 stromlos geschaltet
wird. Die Position der Einstellhülse 280 kann
in Bezug auf den Einlasstubus 210 durch eine Wirkverbindung
zwischen einer Außenfläche der
Einstellhülse 280 und
einer Innenfläche
der Tubusbaugruppe beibehalten werden. Somit kann die Position der
Einstellhülse 280 relativ
zum Einlasstubus 210 genutzt werden, um eine vorgegebene
dynamische Eigenschaft der Ankerbaugruppe 260 einzustellen.
Alternativ kann, wie in 2A dargestellt,
eine Filterbaugruppe 282',
die eine Einstellhülse 280C und
ein auf dem Kopf stehendes tassenförmiges Filterelement 284B verwendet,
statt der konusförmigen
Filterbaugruppe 282 eingesetzt werden.
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Die
Ventilgruppen-Teilbaugruppe 200 kann wie folgt zusammengebaut
werden: Die nichtmagnetische Hülse 230 wird
mit dem Einlasstubus 210 und dem Ventilkörper 240 verbunden.
Die Einstellhülse 280 wird
entlang der Achse A-A vom ersten Ende des Einlasstubus 210 her
eingesetzt. Anschließend
werden das elastische Element 270 und die Ankerbaugruppe 260 (die
bereits zusammengebaut wurde) entlang der Achse A-A vom zweiten
Ventilkörperende des
Ventilkörpers 240 her
eingesetzt. Die Einstellhülse 280 kann
bis zu einem vorgegebenen Abstand in den Einlasstubus 210 eingesetzt
werden, so dass sie am elastischen Element anliegt. Die Positionierung der
Einstellhülse 280 relativ
zum Einlasstubus 210 kann verwendet werden, um die dynamischen
Eigenschaften des elastischen Elements einzustellen, z.B. so, dass
sichergestellt wird, dass die Ankerbaugruppe 260 während der
Einspritzimpulse sich nicht undefiniert bewegt oder zurückprallt.
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Der
Ventilsitz 250 und die Lochscheibe 254 werden
danach entlang der Achse A-A vom zweiten Ventilkörperende des Ventilkörpers 240 her
eingesetzt. Wie in 2 gezeigt, können eine Hubeinstellhülse 255 oder
ein Quetschring (der kein Teil dieser Ausführungsform der Erfindung ist)
verwendet werden, um die Hublänge
des Brennstoffeinspritzventils einzustellen. Obwohl die Hubeinstellhülse 255 und
der Quetschring (der kein Teil dieser Ausführungsform der Erfindung ist)
austauschbar sind, ist die Hubeinstellhülse 255 zu bevorzugen,
weil Einstellungen vorgenommen werden können, indem die Hubeinstellhülse entlang
der Achse A-A entweder nach oben oder nach unten axial verschoben
wird. Dabei kann eine Prüfsonde
entweder vom Einlassende oder von der Öffnung her eingeführt werden,
um den Hub des Brennstoffeinspritzventils zu prüfen. Wenn der Hub des Brennstoffeinspritzventils
korrekt ist, werden die Hubeinstellhülse 255 und der Ventilsitz 250 fest
mit dem Ventilkörper 240 verbunden.
Anzumerken ist hier, dass sowohl der Ventilsitz 250 als auch
die Hubeinstellhülse 255 fest
mit dem Ventilkörper 240 verbunden
sind mittels bekannter herkömmlicher
Verbindungsverfahren wie beispielsweise u. a. Laserschweißen, Klemmverbindungen
und Reibschweißen
oder herkömmliches
Schweißen,
wobei Laserschweißen
zu bevorzugen ist. Anschließend können der
Ventilsitz 250 und die Lochscheibe 254 fest miteinander
oder mit dem Ventilkörper 240 verbunden
werden mittels bekannter Verbindungsverfahren wie Laserschweißen, Klemmverbindungen, Reibschweißen, herkömmliches
Schweißen
usw.
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Es
wird auf die 1 und 3 Bezug
genommen; die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 umfasst eine
elektromagnetische Spule 310, mindestens einen elektrischen
Anschluss 320 (gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
sind zwei davon vorhanden), ein Gehäuse 330 und eine Hülse 340.
Die elektromagnetische Spule 310 umfasst einen Draht, der
um einen Spulenkörper 314 gewickelt
und elektrisch an den elektrischen Kontakt 322 angeschlossen
wird, der vom Spulenkörper 314 getragen
wird. Wenn sie erregt wird, erzeugt die Spule einen Magnetfluss,
der die Ankerbaugruppe 260 in Richtung der Position „geöffnet" bewegt, wodurch
ermöglicht
wird, dass der Brennstoff durch die Öffnung strömt. Das Stromlos-Schalten der
elektromagnetischen Spule 310 ermöglicht es dem elastischen Element 270,
die Ankerbaugruppe 260 in die Position „geschlossen" zurückzubringen,
wodurch der Brennstofffluss blockiert wird. Jeder elektrische Anschluss 320 ist
mittels eines axial verlaufenden Kontaktbereichs 324 elektrisch
mit einem zugehörigen
elektrischen Kontakt 322 der Spule 310 verbunden.
Das Gehäuse 330,
das einen Rückpfad
für den
Magnetfluss bietet, umfasst allgemein einen ferromagnetischen Zylinder 332,
der die elektromagnetische Spule 310 und eine Magnetflussscheibe 334 umgibt,
die von dem Zylinder zur Achse A-A hin verläuft. Die Magnetflussscheibe 334 kann
als Bestandteil des Zylinders ausgeführt oder separat an ihm befestigt
sein. Das Gehäuse 330 kann Öffnungen
und Schlitze 330A oder sonstige Merkmale aufweisen, um
Wirbelströme
zu unterbrechen, die auftreten können,
wenn die Spule stromlos geschaltet wird. Darüber hinaus ist das Gehäuse 330 mit
einer umlaufenden Kante 331 mit Ausklinkung ausgestattet,
um eine Montagehilfe für
den Spulenkörper 314 bereitzustellen.
Die Hülse 340 gewährleistet
die relative Ausrichtung und die Position der elektromagnetischen
Spule 310, des mindestens einen elektrischen Anschlusses 320 und
des Gehäuses 330.
Die Hülse 340 kann
auch einen Bereich 321 für einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss
ausbilden, in den sich ein Bereich der elektrischen Anschlüsse 320 erstreckt.
Die elektrischen Anschlüsse 320 und
der Bereich 321 für
einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss können ein Anschlussgegenstück aufnehmen,
z.B. einen Teil eines Leitungsstrangs (nicht dargestellt) eines
Kraftfahrzeugs, um die Verbindung des Brennstoffeinspritzventils 100 mit einer
elektrischen Energieversorgung (nicht dargestellt) zur Erregung
der elektromagnetischen Spule 310 zu erleichtern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform fließt der von
der elektromagnetischen Spule 310 erzeugte Magnetfluss
in einen Magnetkreis, der Folgendes umfasst: das Polstück 220,
einen Arbeitsspalt zwischen dem Polstück 220 und dem magnetischen
Ankerbereich 262, einen störenden Luftspalt zwischen dem
magnetischen Ankerbereich 262 und dem Ventilkörper 240,
das Gehäuse 330 und
die Magnetflussscheibe 334.
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Die
Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 kann wie folgt hergestellt
werden: Wie in 3B gezeigt, kann ein Spulenkörper 314 aus
Kunststoff mit dem elektrischen Kontakt 322 geformt werden.
Der Draht 312 für
die elektromagnetische Spule 310 wird um den Kunststoffspulenkörper 314 gewickelt
und an den elektrischen Kontakt 322 angeschlossen. Das Gehäuse 330 wird
danach über
der elektromagnetischen Spule 310 und der Baugruppe mit
dem Spulenkörper 314 angebracht.
Der Spulenkörper 314 kann
mit mindestens einem Haltezinken 314A ausgebildet werden,
der zusammen mit einer Hülse 340 verwendet
wird, um den Spulenkörper 314 am
Gehäuse
zu befestigen, sobald die Hülse
geformt ist. Die elektrischen Anschlüsse 320 wurden zuvor
in eine geeignete Form gebogen, so dass die zuvor ausgerichteten
elektrischen Anschlüsse 320 mit
dem Bereich 321 für
einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss ausgerichtet sind, während ein
Polymer in eine Form (nicht dargestellt) für die elektrische Teilbaugruppe
gegossen oder gespritzt wird. Die elektrischen Anschlüsse 320 werden
danach mittels des axial verlaufenden Bereichs 324 mit
den jeweiligen elektrischen Kontakten 322 verbunden. Der
fertig gestellte Spulenkörper 314 wird
anschließend
mittels der Kante 331 mit Ausklinkung mit der korrekten
Ausrichtung in das Gehäuse 330 eingesetzt.
Danach wird eine Hülse 340 geformt,
um die entsprechende Baugruppe aus Spule/Spulenkörperbaugruppe, Gehäuse 330 und
elektrischen Anschlüssen 320 zusammenzuhalten.
Die Hülse 340 stellt
zudem eine Stützstruktur
für das
Brennstoffeinspritzventil bereit und stellt die vorgegebenen Wärme- und
elektrisch isolierenden Eigenschaften zur Verfügung. Es kann ein separater
Hülsenbereich
(nicht dargestellt) angebracht werden, z.B. durch Kleben, und er
kann ein anwendungsspezifisches Merkmal wie ein Ausrichtungsmerkmal
oder ein kennzeichnendes Merkmal für das Brennstoffeinspritzventil 100 bereitstellen.
Somit bietet die Hülse 340 eine
universelle Anordnung, die durch das Hinzufügen eines geeigneten Hülsenbereichs
modifiziert werden kann. Um Produktions- und Lagerhaltungskosten
zu senken, ist dieselbe Spulen/Spulenkörperbaugruppe für verschiedene
Anwendungszwecke nutzbar. Daher können die elektrischen Anschlüsse 320 und
die Hülse 340 (oder
der Hülsenbereich,
sofern verwendet) in Größe und Form
variiert werden, damit sie für
spezielle Tubusbaugruppenlängen,
Montagegegebenheiten, elektrische Anordnungen usw. geeignet sind.
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Alternativ
kann, wie in 3A dargestellt, eine zweiteilige
Hülse anstelle
der einteiligen Hülse 340 verwendet
werden. Die zweiteilige Hülse
stellt ein erstes Hülsenstück 341 bereit,
das anwendungsspezifisch sein kann, und ein zweites Hülsenstück 342,
das universell für
alle Anwendungszwecke einsetzbar sein kann. Das erste Hülsenstück kann
mit einem zweiten Hülsenstück verbunden
werden, was ermöglicht,
dass beide als Elektro- und Wärmeisolatoren
für das
Brennstoffeinspritzventil dienen. Darüber hinaus kann ein Bereich
des Gehäuses 330 axial über ein
Ende der Hülse 340 hinausragen,
und er kann mit einem Flansch ausgebildet sein, um einen O-Ring
zu halten.
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Wie
speziell in den 1 und 4 gezeigt, kann
die Ventilbaugruppen-Teilbaugruppe 200 in die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 eingesetzt
werden. Anschließend
wird das elastische Element 270 vom Eintrittsende des Einlasstubus 210 her
eingesetzt. Somit wird das Brennstoffeinspritzventil 100 aus
zwei modularen Teilbaugruppen hergestellt, die getrennt voneinander
montiert und geprüft
werden und anschließend
miteinander verbunden werden können,
um das Brennstoffeinspritzventil 100 herzustellen. Die
Ventilgruppen-Teilbaugruppe 200 und
die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 können mittels Klebstoffs, Schweißens oder
eines sonstigen gleichwertigen Verbindungsverfahrens fest miteinander verbunden
werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
legt eine Öffnung 360 in
der Hülse
das Gehäuse 330 frei
und bietet Zugang, um das Gehäuse 330 durch
Schweißen,
z.B. CW-Laserschweißen, mit
dem Ventilkörper 240 zu
verbinden.
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Das
erste Ende 238 des Brennstoffeinspritzventils muss in Fluidaustausch
mit einem Brennstoffverteiler (nicht dargestellt) stehen, um eine
Brennstoffversorgung zu gewährleisten.
Die O-Ringe 290 können
verwendet werden, um das erste Ende 238 des Brennstoffeinspritzventils
gegenüber
dem Brennstoffverteiler (nicht dargestellt) abzudichten und einen
fluiddichten Verschluss an der Verbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 100 und
einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt)
zu bilden.
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Im
Betrieb wird die elektromagnetische Spule 310 erregt und
erzeugt einen Magnetfluss im Magnetkreis. Der Magnetfluss bewegt
die Ankerbaugruppe 260 (gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entlang
der Achse A-A) in Richtung des Polstücks 220, d.h. der
Arbeitsspalt wird geschlossen. Diese Bewegung der Ankerbaugruppe 260 trennt
das Schließelement
264 vom Ventilsitz 250 und ermöglicht dadurch den Brennstoffdurchfluss
(vom Brennstoffverteiler, nicht dargestellt) durch den Einlasstubus,
die durchgehende Bohrung 267, die Öffnungen im Ventilkörper 240,
zwischen dem Ventilsitz 250 und dem Schließelement 264,
durch die Öffnung
im Ventilsitz 250 und schließlich durch die Lochscheibe 254 in
die Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt). Wenn
die elektromagnetische Spule 310 stromlos geschaltet wird,
wird die Ankerbaugruppe 260 durch die Vorspannung des elastischen
Elements 270 bewegt, um das Schließelement 264 in formschlüssigen Kontakt
mit dem Ventilsitz zu bringen und dadurch den Brennstofffluss durch
das 8rennstoffeinspritzventil 100 zu blockieren.
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Es
wird auf 5 Bezug genommen, nach der ein
bevorzugtes Montageverfahren wie folgt ablaufen kann:
- 1. Ein vormontierter Ventilkörper
und eine nichtmagnetische Hülse
werden mit nach oben ausgerichtetem Ventilkörper angeordnet.
- 2. Eine Abdeckungsbefestigung, z. B. eine Hubeinstellhülse, wird
in die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse eingesetzt.
- 3. Eine untere Abdeckung kann in die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse eingesetzt
werden.
- 4. Eine vormontierte Baugruppe aus Ventilsitz und Führung wird
in die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse eingesetzt.
- 5. Die Baugruppe aus Ventilsitz/Führung wird in eine gewünschte Position
in der Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse gepresst.
- 6. Der Ventilkörper
wird, z.B. mittels eines CW-Lasers, der eine hermetisch dichtende
Naht bildet, an den Ventilsitz geschweißt.
- 7. Eine erste Dichtigkeitsprüfung
wird an der Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer Hülse durchgeführt. Diese
Prüfung
kann pneumatisch ausgeführt
werden.
- 8. Die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse wird
um 180° gedreht,
so dass die nichtmagnetische Hülse
nach oben ausgerichtet ist.
- 9. Eine Ankerbaugruppe wird in die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse eingesetzt.
- 10. Ein Polstück
wird in die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer Hülse eingesetzt
und in eine Vor-Hub-Position gedrückt.
- 11. Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse dynamisch,
z.B. pneumatisch spülen.
- 12. Hub einstellen.
- 13. Die nichtmagnetische Hülse
wird an das Polstück
geschweißt,
z.B. mit einer Heftschweißung.
- 14. Die nichtmagnetische Hülse
wird, z.B. mittels eines CW-Lasers,
der eine hermetisch dichtende Naht bildet, an das Polstück geschweißt.
- 15. Hub verifizieren.
- 16. Eine Feder wird in die Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse eingesetzt.
- 17. Ein Filter/eine Einstellhülse werden in die Baugruppe
aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse eingesetzt
und in eine Vor-Kalibrierungsposition gedrückt.
- 18. Ein Einlasstubus wird mit der Baugruppe aus Ventilkörper/nichtmagnetischer
Hülse verbunden, um
die Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe allgemein herzustellen.
- 19. Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe durch axiales Pressen auf
die gewünschte
Endlänge
bringen.
- 20. Der Einlasstubus wird, z.B. mittels eines CW-Lasers, der
eine hermetisch dichtende Naht bildet, an das Polstück geschweißt.
- 21. Eine zweite Dichtigkeitsprüfung wird an der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe
durchgeführt. Diese
Prüfung
kann pneumatisch ausgeführt
werden.
- 22. Die Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe wird um 180° gedreht,
so dass der Ventilsitz nach oben gerichtet ist.
- 23. Eine Lochscheibe wird gestanzt und auf den Ventilsitz gesetzt.
- 24. Die Lochscheibe wird, z.B. mittels eines CW-Lasers, der
eine hermetisch dichtende Naht bildet, an den Ventilsitz geschweißt.
- 25. Die Winkelposition von Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe/Lochscheibe kann mit einem Verfahren „Sichtprüfen/Ausrichten/Sichtprüfen" hergestellt werden.
- 26. Die Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe wird in die (vormontierte)
Spulengruppen-Teilbaugruppe eingesetzt.
- 27. Die Spulengruppen-Teilbaugruppe wird relativ zur Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe
in eine gewünschte
axiale Position gedrückt.
- 28. Die Winkelposition von Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe/Öffnung/Spulengruppen-Teilbaugruppe
kann überprüft werden.
- 29. Die Spulengruppen-Teilbaugruppe kann lasermarkiert sein
mit Informationen wie Teilenummer, Seriennummer, Leistungsdaten,
einem Logo usw.
- 30. Eine elektrische Prüfung
mit Hochspannung durchführen.
- 31. Das Gehäuse
der Spulengruppen-Teilbaugruppe wird mittels einer Heftschweißung mit
dem Ventilkörper
verbunden.
- 32. Ein unterer O-Ring kann angebracht werden. Alternativ kann
dieser untere O-Ring in einem Arbeitsschritt nach der Prüfung angebracht
werden.
- 33. Ein oberer O-Ring wird angebracht.
- 34. Das vollständig
montierte Brennstoffeinspritzventil um 180° drehen.
- 35. Das Brennstoffeinspritzventil auf eine Prüfvorrichtung
umsetzen.
-
Um
den Hub einzustellen, d.h. die angemessene Hublänge des Brennstoffeinspritzventils
sicherzustellen, stehen mindestens vier verschiedene Verfahren zur
Verfügung,
die eingesetzt werden können. Gemäß einem
ersten (nicht erfindungsgemäßen) Verfahren
kann ein Quetschring, der in den Ventilkörper 240 zwischen
der unteren Führung 257 und
dem Ventilkörper 240 eingesetzt
wird, deformiert werden. Gemäß einem
zweiten Verfahren kann die relative axiale Position von Ventilkörper 240 und
nichtmagnetischer Hülse 230 angepasst
werden, bevor die beiden Teile fest miteinander verbunden werden.
Gemäß einem
dritten Verfahren kann die relative axiale Position von der nichtmagnetischen
Hülse 230 und dem
Polstück 220 angepasst
werden, bevor die beiden Teile fest miteinander verbunden werden.
Und gemäß einem
vierten Verfahren kann eine Hubeinstellhülse 255 axial innerhalb
des Ventilkörpers 240 verschoben
werden. Wenn das Verfahren mit der Hubeinstellhülse verwendet wird, kann die
Position der Hubeinstellhülse
eingestellt werden, indem die Hubeinstellhülse axial bewegt wird. Die
Hublänge
kann mit einer Prüfsonde
geprüft
werden. Sobald der Hub korrekt ist, wird die Hülse an den Ventilkörper 240 geschweißt, z.B.
mittels Laserschweißen.
Danach wird der Ventilkörper 240 durch
eine Schweißverbindung am
Einlasstubus 210 befestigt, vorzugsweise durch eine Laserschweißverbindung.
Die montierte Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 wird
daraufhin geprüft,
z.B. auf Dichtigkeit.
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Wie
in 5 dargestellt, kann der Verfahrensschritt zur
Einstellung des Hubs möglicherweise nicht
mit derselben Taktrate wie die übrigen
Verfahrensschritte voranschreiten. Dementsprechend kann eine einzelne
Fertigungsstraße
in eine Vielzahl (hier sind zwei dargestellt) von parallelen Arbeitsplätzen zur
Einstellung des Hubs aufgeteilt werden, die anschließend wieder
zu einer einzigen Fertigungsstraße zusammengeführt werden
können.
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Die
Herstellung der Spulengruppen-Teilbaugruppe, die (a) das Gehäuse 330,
(b) die Spulenkörperbaugruppe
einschließlich
der elektrischen Anschlüsse 320,
(c) die Magnetflussscheibe 334 und (d) die Hülse 340 umfassen
kann, kann getrennt von derjenigen der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe
durchgeführt
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Draht 312 auf einen zuvor hergestellten Spulenkörper 314 gewickelt,
der mindestens einen darauf geformten elektrischen Kontakt 322 aufweist.
Die Spulenkörperbaugruppe
wird in ein zuvor hergestelltes Gehäuse 330 eingesetzt.
Um einen Rückpfad
für den
Magnetfluss zwischen dem Polstück 220 und dem
Gehäuse 330 bereitzustellen,
wird die Magnetflussscheibe 334 auf der Spulenkörperbaugruppe montiert.
Ein vorgebogener elektrischer Anschluss 320 weist axial
verlaufende Anschlussbereiche 324 auf, die an die elektrischen
Kontaktbereiche 322 angeschlossen und durch Hartlöten, Löten, Schweißen oder
vorzugsweise Widerstandsschweißen
verbunden werden. Die teilmontierte Spulengruppen-Baugruppe wird
nun in einer Form (nicht dargestellt) angebracht. Aufgrund ihrer
vorgebogenen Form werden die elektrischen Anschlüsse 320 in korrekter Ausrichtung
zum Bereich 321 für
einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss positioniert, während ein Polymer
in die Form gegossen oder gespritzt wird. Alternativ können zwei
getrennte Formen (nicht dargestellt) verwendet werden, um eine zweiteilige
Hülse herzustellen
wie mit Bezug auf 3A beschrieben. Die montierte
Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 kann auf einem Prüfstand angebracht
werden, um die Anziehungskraft des Magneten, den Spulenwiderstand
und den Spannungsverlust bei Sättigung des
Magneten zu ermitteln.
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Der
Arbeitsschritt des Einsetzens der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 in
die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 kann beinhalten, dass
die relative Winkelposition der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 relativ
zur Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 eingestellt
wird. Der Arbeitsschritt des Einsetzens kann mit einem von zwei
Verfahren ausgeführt werden: „von oben
nach unten" (Top-down)
oder „von unten
nach oben" (Bottom-up).
Gemäß Ersterem wird
die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 von
der Oberseite der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 nach unten
geschoben und gemäß Letzterem
wird die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 von der Unterseite
der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 nach oben geschoben.
In Fällen,
in denen der Einlasstubus 210 ein aufgeweitetes erstes
Ende umfasst, ist das Bottom-up-Verfahren erforderlich.
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In
diesen Fällen
kann auch der O-Ring 290, der von dem aufgeweiteten ersten
Ende gehalten wird, um die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 positioniert
werden, bevor die Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 in
die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 geschoben
wird. Nach dem Einsetzen der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe 200 in
die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 werden
diese beiden Teilbaugruppen miteinander verbunden, z.B. durch Schweißen, etwa
Laserschweißen.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Hülse 340 eine Öffnung 360,
die einen Bereich des Gehäuses 330 freilegt.
Diese Öffnung 360 bietet
Zugang für
eine Schweißvorrichtung,
um das Gehäuse 330 an
den Ventilkörper 240 zu
schweißen.
Selbstverständlich können auch
andere Verfahren eingesetzt werden, um die Teilbaugruppen miteinander
zu verbinden. Schließlich
kann ein O-Ring 290 an jedem der beiden Enden des Brennstoffeinspritzventils
angebracht werden.
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Es
wird davon ausgegangen, dass das Verfahren zum Zusammenbau der bevorzugten
Ausführungsformen
und die bevorzugten Ausführungsformen
selbst Vorteile für
die Produktion und nützliche Eigenschaften
bieten. Wegen der modularen Bauweise muss beispielsweise nur die
Ventilgruppen-Teilbaugruppe in einer Reinraumumgebung zusammengebaut
werden. Die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 kann separat
außerhalb
einer solchen Umgebung zusammengebaut werden, wodurch die Produktionskosten
gesenkt werden. Ferner ermöglicht
die Modularität
der Teilbaugruppen eine getrennte Prüfung der vormontierten Ventil-
bzw. Spulenbaugruppe. Da nur die einzelnen Teilbaugruppen, für die das
Ergebnis der Prüfung
inakzeptabel ist, verworfen werden statt vollständig zusammengebaute Brennstoffeinspritzventile
zu verwerfen, werden die Produktionskosten gesenkt. Darüber hinaus
ermöglicht die
Verwendung universell einsetzbarer Bauteile (z.B. der Spulen/Spulenkörperbaugruppe,
der nichtmagnetischen Hülse 230,
dem Ventilsitz 250, dem Schließelement 264, der
Baugruppe 282 aus Filter/Befestigungselement usw.), dass
die Lagerhaltungskosten gesenkt werden und ermöglicht einen fertigungssynchronen
(Just-in-Time-) Zusammenbau der anwendungsspezifischen Brennstoffeinspritzventile.
Nur diejenigen Bauteile, die für
einen speziellen Anwendungszweck variiert werden müssen, z.B.
die elektrischen Anschlüsse 320 und
der Einlasstubus 210, müssen
getrennt auf Lager gehalten werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass
durch die Positionierung des Arbeitsspalts, d.h. zwischen der Ankerbaugruppe 260 und
dem Polstück 220,
die Anzahl der Wicklungen in der elektromagnetischen Spule 310 reduziert
werden kann. Neben Kosteneinsparungen aufgrund der verwendeten Länge an Draht 312 wird
weniger Energie benötigt,
um den erforderlichen Magnetfluss zu erzeugen und es kommt zu weniger
Wärmeentwicklung
in der Spule (diese Wärme
muss abgeleitet werden, um einen stabilen Betrieb des Brennstoffeinspritzventils
zu gewährleisten).
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass die modulare Bauweise es ermöglicht,
dass die Lochscheibe 254 in einer späteren Phase des Montageprozesses
angebracht werden kann, sogar als abschließender Schritt des Montageprozesses.
Diese Just-in-Time-Montage
der Lochscheibe 254 ermöglicht
es, je nach Betriebsanforderungen auch längere Ventilkörper auszuwählen. Zu
den weiteren Vorteilen des modularen Zusammenbaus gehört die Auslagerung
der Herstellung der Spulengruppen-Teilbaugruppe 300, die nicht
in einer Reinraumumgebung geschehen muss, an Fremdfirmen. Und selbst
wenn die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 nicht durch Fremdbezug
beschafft wird, werden die Kosten der Bereitstellung zusätzlichen Reinraumplatzes
gesenkt.