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Hintergrund
der Erfindung
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Es
wird davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte Brennstoffeinspritzsysteme
ein Brennstoffeinspritzventil verwenden, um eine Brennstoffmenge
abzugeben, die in einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung verbrannt
werden soll. Es wird ferner davon ausgegangen, dass die abgegebene Brennstoffmenge
aufgrund einer Reihe von Motorparametern wie etwa Motordrehzahl,
Motorlast, Motoremissionen usw. variiert wird.
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Es
wird davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte elektronische Brennstoffeinspritzsysteme
mindestens einen der Motorparameter überwachen und das Brennstoffeinspritzventil
elektronisch ansteuern, um den Brennstoff abzugeben. Es wird davon
ausgegangen, dass Beispiele für
bekannte Brennstoffeinspritzventile elektromagnetische Spulen, piezoelektrische
Elemente oder magnetostriktive Werkstoffe verwenden, um ein Ventil
zu betätigen.
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Es
wird davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte Ventile für Brennstoffeinspritzventile
ein Schließelement
umfassen, das relativ zu einem Ventilsitz beweglich ist. Es wird
davon ausgegangen, dass der Brennstofffluss durch das Brennstoffeinspritzventil
blockiert wird, wenn das Schließelement formschlüssig auf
dem Ventilsitz aufsitzt, und es wird davon ausgegangen, dass der
Brennstofffluss durch das Brennstoffeinspritzventil zugelassen wird,
wenn das Schließelement
vom Ventilsitz getrennt wird.
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Es
wird davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte Brennstoffeinspritzventile
eine Feder umfassen, die eine Kraft bereitstellt, mit der das Schließelement
in Richtung des Ventilsitzes vorgespannt wird. Es wird ferner davon
ausgegangen, dass eine solche Vorspannkraft eingestellt werden kann,
um die dynamischen Eigenschaften der Schließelementbewegung relativ zum
Ventilsitz einzustellen.
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Es
wird ferner davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte Brennstoffeinspritzventile
einen Filter zur Abtrennung von Partikeln aus dem Brennstofffluss
umfassen und eine Dichtung an einer Verbindung des Brennstoffeinspritzventils
mit einer Brennstoffquelle umfassen.
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Es
wird davon ausgegangen, dass solche Beispiele für die bekannten Brennstoffeinspritzventile eine
Reihe von Nachteilen haben.
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Es
wird davon ausgegangen, dass Beispiele für bekannte Brennstoffeinspritzventile
vollständig
in einer Umgebung zusammengebaut werden müssen, die im Wesentlichen frei
von Verunreinigungen ist. Es wird ferner davon ausgegangen, dass
Beispiele für bekannte
Brennstoffeinspritzventile erst geprüft werden können, nachdem die Endmontage
abgeschlossen worden ist.
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In
EP-A-1.219.816 wird ein modulares Brennstoffeinspritzventil beschrieben,
dass über
austauschbare Ankerbaugruppen verfügt und eine Hubeinstellhülse aufweist.
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In
EP-A-1.219.825 wird ein modulares Brennstoffeinspritzventil beschrieben,
dass eine integrierte Filter- und Einstellbaugruppe aufweist.
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In
WO 00 43666 wird ein modulares zweiteiliges Brennstoffeinspritzventil
beschrieben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Brennstoffeinspritzventil zur Verwendung in einer Kraftmaschine
mit innerer Verbrennung bereitgestellt, wobei das Brennstoffeinspritzventil
Folgendes umfasst: eine Ventilgruppen-Teilbaugruppe, die Folgendes
umfasst: eine Tubusbaugruppe, die eine Längsachse aufweist, die zwischen
einem ersten Ende und einem zweiten Ende verläuft, wobei die Tubusbaugruppe
einen Einlasstubus aufweist, der eine Einlasstubusfläche besitzt;
einen Ventilsitz, der am zweiten Ende der Tubusbaugruppe befestigt
ist, wobei der Ventilsitz eine Öffnung
definiert; eine Ankerbaugruppe, die in der Tubusbaugruppe angeordnet ist,
wobei die Ankerbaugruppe ein Schließelement besitzt, das an einem
Ende der Ankerbaugruppe angeordnet ist, und einen Ankerbereich,
der am anderen Ende der Ankerbaugruppe angeordnet ist, wobei die
Ankerbaugruppe eine Ankerfläche
aufweist; ein Element, das die Ankerbaugruppe in Richtung des Ventilsitzes
vorspannt; eine Filterbaugruppe, die in der Tubusbaugruppe angeordnet
ist; eine Einstellhülse,
die in der Tubusbaugruppe am zweiten Ende angeordnet ist; eine nichtmagnetische
Hülse,
die axial entlang der Achse verläuft
und an einem Hülsenende mit
dem Einlasstubus verbunden ist; einen Ventilkörper, der mit dem anderen Ende
der nichtmagnetischen Hülse
verbunden ist; eine Vorrichtung zur Einstellung des Hubs, die im
Ventilkörper
angeordnet ist; einen Ventilsitz, der im Ventilkörper angeordnet und in formschlüssigem Kontakt
mit dem Schließelement ist;
eine Lochscheibe; und einen ersten Befestigungsbereich; eine Spulengruppen-Teilbaugruppe, die
Folgendes umfasst: ein Gehäuse;
einen Spulenkörper,
der teilweise im Gehäuse
angeordnet ist, wobei der Spulenkörper mindestens einen auf ihm
ausgebildeten Kontaktbereich besitzt; eine Magnetspule, die betätigt wird,
um die Ankerbaugruppe vom Ventilsitz wegzubewegen, wobei die Magnetspule
elektrisch mit dem mindestens einen Kontaktbereich verbunden ist;
mindestens einen vorgebogenen elektrischen Anschluss, der elektrisch
mit dem mindestens einen Kontaktbereich verbunden ist; mindestens
eine Hülse;
und einen zweiten Befestigungsbereich, der fest mit dem ersten Befestigungsbereich
verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgruppen-Teilbaugruppe
ferner ein elastisches Befestigungselement umfasst, um die Lochscheibe
am Ventilkörper
zu halten.
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Gemäß der Erfindung
wird ferner ein Verfahren zum Zusammenbau eines Brennstoffeinspritzventils
zur Verfügung
gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen
einer Ventilgruppen-Teilbaugruppe, die Folgendes umfasst: eine Tubusbaugruppe,
die eine Längsachse
aufweist, die zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende
verläuft,
wobei die Tubusbaugruppe einen Einlasstubus aufweist, der eine Einlasstubusfläche besitzt;
einen Ventilsitz, der am zweiten Ende der Tubusbaugruppe befestigt
ist, wobei der Ventilsitz eine Öffnung
definiert; eine Ankerbaugruppe, die in der Tubusbaugruppe angeordnet
ist, wobei die Ankerbaugruppe ein Schließelement besitzt, das an einem
Ende der Ankerbaugruppe angeordnet ist, und einen Ankerbereich,
der am anderen Ende der Ankerbaugruppe angeordnet ist, wobei die
Ankerbaugruppe eine Ankerfläche
aufweist; ein Element, das die Ankerbaugruppe in Richtung des Ventilsitzes
vorspannt; eine Filterbaugruppe, die in der Tubusbaugruppe angeordnet
ist; eine Einstellhülse,
die in der Tubusbaugruppe am zweiten Ende angeordnet ist; eine nichtmagnetische
Hülse,
die axial entlang der Achse verläuft
und an einem Hülsenende
mit dem Einlasstubus verbunden ist; einen Ventilkörper, der mit
dem anderen Ende der nichtmagnetischen Hülse verbunden ist; eine Vorrichtung
zur Einstellung des Hubs, die im Ventilkörper angeordnet ist; einen
Ventilsitz, der im Ventilkörper
angeordnet ist und in formschlüssigem
Kontakt mit dem Schließelement
ist; einen ersten Befestigungsbereich; eine Lochscheibe; und ein
elastisches Befestigungselement, um die Lochscheibe im Ventilkörper zu
halten; ferner Bereitstellen einer Spulengruppen-Teilbaugruppe,
die Folgendes umfasst: ein Gehäuse;
einen Spulenkörper, der
teilweise im Gehäuse
angeordnet ist, wobei der Spulenkörper mindestens einen auf ihm
ausgebildeten Kontaktbereich besitzt; eine Magnetspule, die betätigt wird,
um die Ankerbaugruppe vom Ventilsitz wegzubewegen, wobei die Magnetspule
elektrisch mit dem mindestens einen Kontaktanschluss verbunden ist;
mindestens einen vorgebogenen elektrischen Anschluss, der elektrisch
mit dem Kontaktbereich verbunden ist; und mindestens eine Hülse; Einsetzen
der Ventilgruppen-Teilbaugruppe in die Spulengruppen-Teilbaugruppe;
Ausrichten der Ventilgruppen-Teilbaugruppe
relativ zur Spulengruppen-Teilbaugruppe auf Grundlage vorgegebener
Bezugspunkte auf der Ventilgruppen-Teilbaugruppe und der Spulengruppen-Teilbaugruppe;
und festes Verbinden der Ventilgruppen-Teilbaugruppe mit der Spulengruppen-Teilbaugruppe.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigelegten Zeichnungen, die in die Patentschrift einbezogen sind
und einen Bestandteil derselben darstellen, 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.
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1A ist
eine Darstellung im Schnitt von einer Modifikation an der Filterbaugruppe
eines Brennstoffeinspritzventils.
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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 des Brennstofffilters
in der Brennstoffdosierungs-Teilbaugruppe des in 2 gezeigten
Brennstoffeinspritzventils.
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Die 2B bis 2D sind
Darstellungen im Schnitt von Darstellungen von verschiedenen Einlasstubusbaugruppen,
die im Brennstoffeinspritzventil gebräuchlich sind.
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Die 2E und 2F sind
Darstellungen von Einzelheiten der Oberflächenbehandlung der Kontaktflächen des
elektromagnetischen Betätigungselements
des Brennstoffeinspritzventils.
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Die 2G bis 2I sind
Darstellungen im Schnitt von verschiedenen Ankerbaugruppen, die für das Brennstoffeinspritzventil
gebräuchlich
sind.
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Die 2J bis 2L sind
Darstellungen im Schnitt von verschiedenen Ventilschließelementen,
die für
das Brennstoffeinspritzventil gebräuchlich sind.
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Die 2M zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform,
um die Lochscheibe und das Dichtelement an einem Austrittsende des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
zu halten.
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Die 2N und 2O sind
Explosionszeichnungen dazu, wie ein Brennstoffeinspritzventilhub
für das
Brennstoffeinspritzventil eingestellt werden kann.
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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 einer zweiteiligen Hülse anstelle
der einteiligen Hülse der
elektrischen Teilbaugruppe aus 3.
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3B ist
eine Explosionszeichnung der elektrischen Teilbaugruppe des Brennstoffeinspritzventils
aus 1.
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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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Die 4A und 4B sind
Darstellungen von Einzelheiten der Hochleistungsmagnetbaugruppe,
die im Brennstoffeinspritzventil verwendet wird.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Montage eines modularen Brennstoffeinspritzventils.
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Die 5A bis 5F sind
ausführliche Darstellungen
des in 5 im Überblick
dargestellten Verfahrens.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Es
wird auf die 1 bis 4 Bezug
genommen, in denen ein magnetbetätigtes
Brennstoffeinspritzventil 100 eine Brennstoffmenge abgibt,
die in einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt)
verbrannt werden soll. Das Brennstoffeinspritzventil 100 verläuft entlang
einer Längsachse 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 Sperren 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, eine nicht-magnetische
Hülse 230 und
einen Ventilkörper.
Der Einlasstubus weist ein erstes Einlasstubusende am ersten Ende 200A der
Tubusbaugruppe auf. Ein zweites Einlasstubusende des Einlasstubus
ist mit einem ersten Hülsenende
der nichtmagnetischen Hülse 230 verbunden.
Ein zweites Hülsenende
der nichtmagnetischen Hülse 230 ist
mit einem ersten Ventilkörperende
des Ventilkörpers
verbunden. Ein zweites Ventilkörperende
des Ventilkörpers 240 ist
am zweiten Ende 200B der Tubusbaugruppe angeordnet. Der
Einlasstubus kann mittels eines Tiefziehprozesses oder eines Rollvorgangs
hergestellt werden. Ein Polstück
kann als Bestandteil des zweiten Einlasstubusendes des Einlasstubus
ausgeführt
sein oder es kann, wie dargestellt, ein separates Polstück 220 mit einem
Teileinlasstubus verbunden und mit dem ersten Hülsenende der nichtmagnetischen
Hülse 230 verbunden
werden. Die nichtmagnetische Hülse 230 kann
aus nichtmagnetischem nichtrostenden Stahl bestehen, z. B. nichtrostenden
Stählen
der 300er-Reihe, oder anderen Materialien, die ähnliche Struktur- und magnetische
Eigenschaften besitzen.
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Wie
in 2 dargestellt, ist der Einlasstubus 210 mittels
Schweißverbindung
am Polstück 220 befestigt.
In der Außenkontur
des Polstücks 220 sind Schultern 222A ausgebildet,
die zusammen mit den Schultern 222B der Spulen-Teilbaugruppe
als formschlüssige
Montageanschläge
wirken, wenn das Einspritzventil zusammengebaut wird. Wie in den 2C und 2D gezeigt,
ist die Länge
des Polstücks
unveränderlich,
während
die Länge
des Einlasstubus je nach Betriebsanforderungen variieren kann. Indem
der Einlasstubus 210 separat vom Polstück 220 hergestellt
wird, können
Brennstoffeinspritzventile unterschiedlicher Länge hergestellt werden, indem
verschiedene Einlasstubuslängen
beim Montagevorgang verwendet werden. Der Einlasstubus 210 kann
am Eintrittsende auf geweitet sein, um den O-Ring 290 aufzunehmen.
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Es
wird wieder auf 2 Bezug genommen; der Einlasstubus 210 kann
am Polstück 220 an einer
umlaufenden Innenfläche
des Polstücks 220 befestigt
werden. Alternativ kann, wie in 2B dargestellt,
eine integrierte Baugruppe 211 aus Einlasstubus und Polstück an der
umlaufenden Innenfläche der
nichtmagnetischen Hülse 230 befestigt
werden.
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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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Oberflächenbehandlungen
können
mindestens an einem der Endbereiche 221 und 261 vorgenommen
werden, um die Reaktion des Ankers zu verbessern, den Verschleiß an den
Kontaktflächen und
Veränderungen
des Arbeitsspalts zwischen den jeweiligen Endbereichen 221 und 261 zu
reduzieren. Die Oberflächenbehandlungen
können
Beschichten, Galvanisieren oder Randschichthärten umfassen. Beschichtungen
oder Galvanisierungen können
unter anderem Hartverchromung, Vernickelung oder Keronite-Beschichtungen
beinhalten. Randschichthärten
dagegen kann unter anderem Nitrierhärten, Aufkohlung, Karbonitrierung,
Cyanhärtung
oder Härten
durch Wärmebehandlung,
Flammhärten,
elektro-erosives Bearbeiten oder Induktionshärten umfassen.
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Die
Oberflächenbehandlungen
bilden in der Regel mindestens eine Schicht aus verschleißfesten Materialien 261A oder 221A 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 221 und 261, wobei
mindestens ein Endbereich eine Fläche 263 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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Wie
in 2E gezeigt, sind die Endbereiche 221 und 261 allgemein
symmetrisch, um die Längsachse
A-A angeordnet. Wie ferner in 2F dargestellt,
kann die Fläche 263 von
mindestens einem der Endbereiche 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 221 und 261. Nach
Abschluss der Oberflächenbehandlungen
wird das Material entfernt, wodurch die zuvor abgedeckten Bereiche
von den Oberflächenbehandlungen
unbeeinflusst bleiben.
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Der
Brennstofffluss durch die Ankerbaugruppe 260 kann von mindestens
einer axial verlaufenden durchgehenden Bohrung 267 und
mindestens einer Öffnung 268 in
einer Wand der 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. Allerdings würden die Öffnungen 268 zusätzlich zum Spalt
vorzugsweise Öffnungen
umfassen, die durch das Blech verlaufen. Die Öffnungen 268 sorgen
für einen
Fluidaustausch zwischen der mindestens einen durchgehenden Bohrung 267 und
dem Inneren des Ventilkörpers.
Somit kann in der Position „geöffnet" der Brennstoff von
der durchgehenden Bohrung 267 durch die Öffnungen 268 und
das Innere des Ventilkörpers,
um das Schließelement
und durch die Öffnung
in den Motor (nicht dargestellt) geleitet werden.
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Um
den Einsatz von Brennstoffeinspritzventilen mit verlängerter
Spitze zu ermöglichen,
zeigt 2G einen dreiteiligen Anker 260,
der den Ankertubus 266, lang gestreckte Öffnungen 268 und
das Schließelement 264 umfasst.
Ein Beispiel für
einen dreiteiligen Anker mit verlängerter Spitze ist als Ankerbaugruppe 260A in 2H dargestellt.
Die Ankerbaugruppe 260A mit verlängerter Spitze umfasst die
lang gestreckten Öffnungen 269,
um das Durchströmen
von eingeschlossenem Brennstoffdampf zu erleichtern. Als weitere
Alternative kann ein zweiteiliger Anker 260B, hier in 2I gezeigt,
bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Obwohl sowohl die
dreiteilige als auch die zweiteilige Ankerbaugruppe austauschbar
sind, ist die dreiteilige Ankerbaugruppe 266 oder 266A zu
bevorzugen aufgrund ihrer Fähigkeit,
Magnetflussverluste vom Magnetkreis des Brennstoffeinspritzventils 100 zu
reduzieren. Diese Fähigkeit
beruht auf der Tatsache, dass der Ankertubus 266 oder 266A 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. Darüber hinaus kann die dreiteilige
Ankerbaugruppe mit weniger Bearbeitungsschritten als die zweiteilige
Ankerbaugruppe hergestellt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass der
Ankertubus 266 oder 266A der dreiteiligen Ankerbaugruppe
mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden kann, zum Beispiel
kann ein Blech gerollt und seine Nähte können geschweißt werden, oder
ein Blech kann tiefgezogen werden, um einen nahtlosen Tubus auszubilden.
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Die
lang gestreckten Öffnungen 269 und
die Öffnungen 268 des
dreiteiligen Ankers 260A mit verlängerter Spitze dienen zwei verwandten
Zwecken. Erstens ermöglichen
die lang gestreckten Öffnungen 269 und
die Öffnungen 268,
dass Brennstoff aus dem Ankertubus 266A fließt. Zweitens
ermöglichen
die lang gestreckten Öffnungen 269,
dass heißer
Brennstoffdampf im Ankertubus 266A in den Ventilkörper 240 entlüftet werden
kann, statt im Ankertubus 266A eingeschlossen zu sein,
und sie ermöglichen
ferner, dass unter Druck stehender flüssiger Brennstoff möglicherweise
verbliebenen Brennstoffdampf verdrängen kann, der unter den Bedingungen
eines Heißstarts
im Ankertubus eingeschlossen wurde.
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Ein
Ventilsitz 250 ist am zweiten Ende der Tubusbaugruppe angebracht.
Der Ventilsitz 250 definiert eine Öffnung, die mittig auf der
Achse A-A angeordnet ist und durch die Brennstoff in die Kraftmaschine
mit innerer Verbrennung (nicht dargestellt) strömen kann. Der Ventilsitz 250 umfasst
eine Dichtfläche 252,
die die Öffnung
umgibt. Die Dichtfläche, die
dem Inneren des Ventilkörpers 240 gegenüber angeordnet
ist, kann eine kegelstumpfförmige
oder konkave Form aufweisen und eine bearbeitete Oberfläche besitzen.
Eine Lochscheibe 254 kann in Verbindung mit dem Ventilsitz 250 verwendet
werden, um mindestens eine präzise
ausgelegte und ausgerichtete Öffnung 245A bereitzustellen,
um ein spezielles Brennstoffstrahlbild zu erhalten. Die präzise ausgelegte
und ausgerichtete Öffnung 254A kann auf
der Mittelachse der Lochscheibe 254 angeordnet sein wie
in 2N gezeigt, oder es kann vorzugsweise eine Öffnung 254B desachsiert
zur Achse angeordnet werden, wie in 2O gezeigt,
und in jeder gewünschten
Winkelanordnung im Verhältnis
zu einem oder mehreren Bezugspunkten auf dem Brennstoffeinspritzventil 100 ausgerichtet
werden. Anzumerken ist hier, dass der Ventilsitz 250 fest
mit dem Ventilkörper
verbunden ist mittels bekannter herkömmlicher Verbindungsverfahren
wie beispielsweise u. a. Laserschweißen, Klemmverbindungen und
Reibschweißen
oder herkömmlichem
Schweißen.
Ein hutförmiges
Befestigungselement 259 hält, wie in 2M dargestellt,
die Lochscheibe 254 am Ventilkörper 240.
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Wie
in 2J gezeigt, ist die Lochscheibe 254 am
Ventilsitz 250 befestigt, wobei der Ventilsitz 250 am
Ventilkörper 240 befestigt
ist. Um eine formschlüssige
Dichtung sicherzustellen, ist das Schließelement 264 durch
Schweißverbindungen
am Zwischenbereich 266 befestigt und wird von einem elastischen
Element 270 in eine Position „geschlossen" gedrückt. Um
verschiedene Strahlbilder zu erzielen oder sicherzustellen, dass
eine große
Brennstoffmenge in Zusammenhang mit einer geringen Hubhöhe des Brennstoffeinspritzventils
eingespritzt wird, ist zu beachten, dass das kugelförmige Schließelement 264 die
Form einer Kugel mit einer abgeflachten Stelle hat, wie vergrößert als
Einzelheit in den 2K und 2L dargestellt.
Die Schweißverbindungen 261 können im
Inneren zwischen dem Übergang
vom Zwischenbereich 266 bzw. dem Schließelement 264 zum Zwischenbereich 266 ausgeführt sein.
Der Ventilsitz 250 kann auf zwei verschiedene Arten am
Ventilkörper 240 befestigt
werden. Wie in 2K (die kein Bestandteil der
Erfindung ist) dargestellt, kann der Ventilsitz 250 einfach
beweglich mit einem O-Ring 251 zwischen dem Ventilkörper 240 und
der Lochscheibe 254 angebracht werden, um Brennstoffleckagen
um den Ventilsitz 250 zu verhindern. Hier kann die Lochscheibe 254 durch
Bördelungen 240A gehalten
werden, die am Ventilkörper 240 ausgeführt sein
können.
Alternativ kann der Ventilsitz 250 einfach durch mindestens
eine Schweißverbindung 251A am
Ventilkörper 240 angebracht
werden wie in 2L (die kein Bestandteil der
Erfindung ist) dargestellt, während
die Lochscheibe 254 an den Ventilsitz 250 geschweißt werden
kann.
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Für den Fall,
dass ein kugelförmiges
Ventilelement das Schließelement
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 250 gegenüberliegt. Eine untere Ankerführung kann
in der Tubusbaugruppe am Sitz 250 angeordnet sein und würde sich schmiegend
dem Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements
anpassen. Die untere Ankerführung kann
die Ausrichtung der Ankerbaugruppe 260 entlang der Achse
A-A erleichtern.
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Es
wird wieder auf das Befestigungselement 259 Bezug genommen,
das in 2M vergrößert dargestellt ist; das Befestigungselement
umfasst fingerartige Fixierbereiche 259B, die ermöglichen,
dass das Befestigungselement 259 auf einen komplementär eingezogenen
Bereich 259A des Ventilkörpers 240 eingerastet
wird. Das Befestigungselement 259 wird auf dem Ventilkörper 240 ferner
durch die elastischen fingerartigen Fixierbereiche 259B gehalten, die
von den komplementär
eingezogenen Bereichen 259A auf dem Ventilkörper 240 aufgenommen
werden. Um die Lochscheibe 254 bündig am Ventilsitz 250 zu
halten, wird ein eingezogener bzw. vertiefter Bereich 259C auf
der radialen Fläche
des Befestigungselements 259 ausgebildet, um die Lochscheibe 254 aufzunehmen.
Um sicherzustellen, dass das Befestigungselement 259 mit
einer ausreichenden Elastizität
ausgestattet ist, sollte die Dicke des Befestigungselements 259 höchstens
die Hälfte
der Dicke des Ventilkörpers
betragen. Ein aufgeweiteter Bereich 259D des Befestigungselements 259 stützt ferner
den O-Ring 290.
Die Verwendung des elastischen Befestigungselements 259 macht
das Erfordernis unnötig,
die Lochscheibe 254 an den Ventilsitz 250 zu schweißen und
dient dabei gleichzeitig als Stütze
für den
O-Ring.
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Ein
elastisches Element 270 ist in der Tubusbaugruppe angeordnet
und spannt die Ankerbaugruppe 260 in Richtung des Sitzes 250 vor.
Eine Filterbaugruppe 282, die einen Filter 284A und
einen integrierten Haltebereich 283 beinhaltet, ist in
der Tubusbaugruppe angeordnet. Die Filterbaugruppe 282 umfasst
ein erstes Ende und ein zweites Ende. Der Filter 284A ist
an einem Ende der Filterbaugruppe 282 angeordnet und ferner
nah am ersten Ende der Tubusbaugruppe und entfernt vom elastischen
Element 270 positioniert, während die Einstellhülse 281 allgemein
am zweiten Ende der Tubusbaugruppe angeordnet ist. Die Einstellhülse 281 ist
in Wirkverbindung mit dem elastischen Element 270 und passt
die Vorspannkraft des Elements relativ zur Tubusbaugruppe an. Insbesondere
stellt die Einstellhülse 281 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 281 kann
in Bezug auf den Einlasstubus 210 durch eine Wirkverbindung
zwischen einer Außenfläche der
Einstellhülse 281 und einer
Innenfläche
der Tubusbaugruppe beibehalten werden. Somit kann die Position der
Einstellhülse 281 relativ
zum Einlasstubus 210 genutzt werden, um eine vorgegebene
dynamische Eigenschaft der Ankerbaugruppe 260 einzustellen.
-
Die
Filterbaugruppe 282 beinhaltet ein tassenförmiges Filterelement 284A und
einen integrierten Haltebereich 283 zur Anbringung eines
O-Rings 290 am ersten Ende der Tubusbaugruppe. Der O-Ring 290 umschließt das erste
Ende der Tubusbaugruppe und stellt eine Dichtung an der Verbindung
des Brennstoffeinspritzventils 100 mit einer Brennstoffquelle (nicht
dargestellt) bereit. Der Haltebereich 283 hält den O-Ring 290 und
das Filterelement relativ zur Tubusbaugruppe.
-
Zwei
Modifikationen des Brennstofffilters aus 1 sind in
den 1A und 2A dargestellt. In 1A ist
eine Brennstofffilterbaugruppe 282' mit einem Filter 285 an
der Einstellhülse 280' befestigt. Ebenso
umfasst die Filterbaugruppe 282'' in 2A ein
auf dem Kopf stehendes tassenförmiges
Filterelement 284B, das an einer Einstellhülse 280'' befestigt ist. Ähnlich wie
die vorstehend beschriebene Einstellhülse 281 ist die Einstellhülse 280' bzw. 280'' der jeweiligen Brennstofffilterbaugruppe 282' bzw. 282'' in Wirkverbindung mit dem elastischen
Element 270 und stellt die Vorspannkraft des Elements relativ
zur Tubusbaugruppe ein. Insbesondere stellt die Einstellhülse 280' bzw. 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' bzw. 280'' kann relativ zum Einlasstubus 210 durch
eine Wirkverbindung zwischen einer Außenfläche der Einstellhülse 280' bzw. 280'' und einer Innenfläche der
Tubusbaugruppe beibehalten werden.
-
Die
Ventilgruppen-Teilbaugruppe 200 kann wie folgt zusammengebaut
werden: Die nichtmagnetische Hülse 230 wird
mit dem Einlasstubus 210 und dem Ventilkörper verbunden.
Die Einstellhülse 280A oder
die Filterbaugruppe 282' bzw. 282'' wird entlang der Achse A-A vom
ersten Ende 200A der Tubusbaugruppe her eingesetzt. Anschließend werden
das elastische Element 270 und die Ankerbaugruppe 260 (die
bereits zusammengebaut wurde) entlang der Achse A-A vom Einspritzventilende 239 des
Ventilkörpers 240 her
eingesetzt. Die Einstellhülse 280A und
die Filterbaugruppe 282' bzw. 282'' können bis zu einem vorgegebenen
Abstand in den Einlasstubus 210 eingesetzt werden, um zu
ermöglichen,
dass die Einstellhülse 280A, 280B oder 280C das
elastische Element 270 vorspannt. Die Positionierung der
Filterbaugruppe 282 und damit der Einstellhülse 280B oder 280C relativ
zum Einlasstubus 210 kann verwendet werden, um die dynamischen
Eigenschaften des elastischen Elements 270 einzustellen,
z. B. so, dass sichergestellt wird, dass die Ankerbaugruppe 260 während der
Einspritzimpulse sich nicht undefiniert bewegt oder zurückprallt.
Der Ventilsitz 250 und die Lochscheibe 254 werden
danach entlang der Achse A-A vom zweiten Ventilkörperende des Ventilkörpers her
eingesetzt. Der Ventilsitz 250 kann fest mit dem Ventilkörper verbunden
werden mittels bekannter Verbindungsverfahren wie Laserschweißen, Klemmverbindungen,
Reibschweißen,
herkömmlichem
Schweißen
usw.
-
Es
wird auf die 1 und 3 Bezug
genommen; die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 umfasst eine
elektromagnetische Spule 310, mindestens einen elektrischen
Anschluss 320, ein Gehäuse 330 und
eine Hülse 340.
Die elektromagnetische Spule 310 umfasst einen Draht 312,
der um einen Spulenkörper 314 gewickelt
und elektrisch an die elektrischen Kontakte auf dem Spulenkörper 314 angeschlossen
werden kann. 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. Das Gehäuse, 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 Scheibe 334 kann
als Bestandteil des Zylinders ausgeführt oder separat an ihm befestigt
sein. Das Gehäuse 330 kann Öffnungen,
Schlitze oder sonstige Merkmale aufweisen, um Wirbelströme zu unterbrechen,
die auftreten können,
wenn die Spule erregt wird.
-
Die
Hülse 340 gewährleistet
die relative Ausrichtung und die Position der elektromagnetischen Spule 310,
des mindestens einen elektrischen Anschlusses (im dargestellten
Beispiel werden zwei verwendet) und des Gehäuses. Die Hülse 340 umfasst einen
Bereich 321 für
einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss, in den sich ein Bereich
des elektrischen Anschlusses 320 erstreckt. Der elektrische Anschluss 320 und
der Bereich 321 für
einen elektrischen Mehrfachsteckanschluss kann ein Anschlussgegenstück aufnehmen,
z. B. einen Teil eines Leitungsstrangs (nicht dargestellt) eines
Kraftfahrzeugs, um den Anschluss des Brennstoffeinspritzventils 100 an
eine elektrische Energieversorgung (nicht dargestellt) zur Erregung
der elektromagnetischen Spule 310 zu erleichtern.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform fließt der von
der elektromagnetischen Spule 310 erzeugte Magnetfluss
in einen Magnetkreis, der Folgendes umfasst: das Polstück 220,
die Ankerbaugruppe 260, den Ventilkörper 240, das Gehäuse 330 und
die Magnetflussscheibe 334. Wie aus den 4A und 4B ersichtlich,
bewegt der Magnetfluss sich durch einen störenden Luftspalt zwischen dem
homogenen Material des magnetischen Bereichs bzw. Ankers 262 und
dem Ventilkörper 240 in
die Ankerbaugruppe 260 und durch den Arbeitsspalt in Richtung
des Polstücks 220,
wodurch das Schließelement 264 vom
Ventilsitz 250 abgehoben wird. Wie ferner in 4B zu
erkennen ist, ist die Größe „a" der Kontaktfläche des
Polstücks 220 größer als
die Größe „b" der Querschnittsfläche der
Kontaktfläche
des magnetischen Bereichs bzw. Ankers 262. Die kleinere
Querschnittsfläche „b" ermöglicht, dass
der ferromagnetische Bereich 262 der Ankerbaugruppe 260 leichter
ist und führt
gleichzeitig dazu, dass der Sättigungspunkt
des Magnetflusses in der Nähe
des Arbeitsspalts zwischen dem Polstück 220 und dem ferromagnetischen
Bereich 262 statt innerhalb des Polstücks 220 entsteht.
Da der Anker 262 sich teilweise im Inneren der elektromagnetischen Spule 310 befindet,
ist der Magnetfluss darüber
hinaus dichter, was zu einer höheren
Effizienz der elektromagnetischen Spule führt. Weil das ferromagnetische
Schließelement 264 schließlich magnetisch über den
Ankertubus 266 vom ferromagnetischen oder Ankerbereich 262 entkoppelt
wird, wird der Magnetflussverlust des Magnetkreises reduziert, wodurch
die Effizienz der elektromagnetischen Spule 310 verbessert
wird.
-
Die
Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 kann wie folgt zusammengebaut
werden: Ein Spulenkörper 314 aus
Kunststoff kann mit mindestens einem elektrischen Kontakt 322 geformt
werden. Der Draht 312 für
die elektromagnetische Spule 310 wird um den Kunststoffspulenkörper 314 gewickelt
und an die elektrischen Kontakte 322 angeschlossen. Das
Gehäuse 330 wird
danach über
der elektromagnetischen Spule 310 und dem Spulenkörper 314 angebracht.
Ein elektrischer Anschluss 320, der zuvor in eine geeignete
Form gebogen wurde, wird anschließend elektrisch mit jedem der
elektrischen Kontakte 322 verbunden. Danach wird eine Hülse 340 geformt, um
die entsprechende Baugruppe aus Spule/Spulenkörperbaugruppe, Gehäuse 330 und
elektrischem Anschluss 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
angebracht werden, z. B. durch Kleben, und er kann ein anwendungsspezifisches
Merkmal wie beispielsweise ein ausrichtendes 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 der elektrische Anschluss 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.
-
Alternativ
macht, wie in 3A dargestellt, eine zweiteilige
Hülse den
Einsatz einer ersten Hülse 341 möglich, die
anwendungsspezifisch ist, während die
zweite Hülse 342 für alle Einsatzzwecke
ist. Die erste Hülse 341 wird
mit einer zweiten Hülse 342 verbunden,
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,
um zu ermöglichen,
dass für
das Brennstoffeinspritzventil Brennstoffeinspritzventilspitzen von
unterschiedlicher Länge
verwendet werden. Der überstehende
Bereich kann auch mit einem Flansch ausgebildet werden, um einen
O-Ring zu halten.
-
Wie
speziell in den 1 und 4 gezeigt,
kann die Ventilbaugruppen-Teilbaugruppe 200 in die Spulengruppen-Teilbaugruppe 300 eingesetzt werden.
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
eines Klebe-, Schweiß-
oder sonstigen gleichwertigen Verbindungsverfahrens fest miteinander
verbunden werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform legt
eine Öffnung 360 in
der Hülse 340 das
Gehäuse 330 frei
und bietet Zugang, um das Gehäuse 330 durch
Laserschweißen
mit dem Ventilkörper
zu verbinden. Der Filter und das Befestigungselement, die eine integrierte
Baugruppe sein können,
können
mit dem ersten Tubusbaugruppenende 200A der Tubusbaugruppe
verbunden werden. Die O-Ringe können jeweils
am ersten bzw. zweiten Ende des Brennstoffeinspritzventils angebracht
werden.
-
Das
erste Ende 238 des Brennstoffeinspritzventils kann mit
der Brennstoffversorgung einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung
(nicht dargestellt) verbunden werden. Der O-Ring 290 kann
verwendet werden, um das erste Ende 238 des Brennstoffeinspritzventils
gegenüber
der Brennstoffversorgung abzudichten, so dass Brennstoff aus einem
Brennstoffverteiler (nicht dargestellt) zur Tubusbaugruppe geleitet
wird, wobei der O-Ring 290 einen fluiddichten Verschluss
an der Verbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 100 und
dem Brennstoffverteiler (nicht dargestellt) bildet.
-
Im
Betrieb wird die elektromagnetische Spule 310 erregt, wodurch
ein Magnetfluss im Magnetkreis erzeugt wird. Der Magnetfluss bewegt
die Ankerbaugruppe 260 (gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
entlang der Achse A-A) in Richtung des integrierten Polstücks 220,
d. h., der Arbeitsspalt wird geschlossen. Diese Bewegung der Ankerbaugruppe 260 trennt
das Schließelement 264 vom
Ventilsitz 250 und ermöglicht
den Brennstoffdurchfluss vom Brennstoffverteiler (nicht dargestellt)
durch den Einlasstubus 210, die durchgehende Bohrung 267,
die Öffnungen 268 und
den Ventilkörper
zwischen dem Ventilsitz 250 und dem Schließelement,
durch die Öffnung
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 265 in formschlüssigen Kontakt
mit dem Ventilsitz 250 zu bringen und dadurch zu verhindern,
dass Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil 100 strömt.
-
Es
wird auf 5 Bezug genommen, nach der ein
bevorzugtes Montageverfahren folgendermaßen sein 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 Ventilkörperlnichtmagnetischer
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
umgedreht, 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 wird 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,
bei dem Bezugspunkte auf der Ventilkörper-Teilbaugruppe und der
Spulengruppen-Teilbaugruppe verwendet werden. Zum Beispiel kann
ein Computer, der mit maschinellem Sehen ausgestattet ist, einen
Bezugspunkt auf der Lochscheibe der Brennstoffgruppe und einen Bezugspunkt
auf der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe erkennen. Der Computer kann
daraufhin entweder die Brennstoffgruppe und/oder die Spulengruppe
drehen als eine Funktion einer berechneten Winkeldifferenz zwischen
den beiden Bezugspunkten. Anschließend werden die beiden Teilbaugruppen
eingesetzt oder ineinander gepresst.
- 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.
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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 Verfahren können
ein Quetschring oder eine Scheibe, die in den Ventilkörper 240 zwischen
der unteren Führung 257 und
dem Ventilkörper 290 eingesetzt
werden, 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 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 elektrische Anschlussbereiche 322 aufweist. Die Spulenkörperbaugruppe wird
in ein zuvor hergestelltes Gehäuse 330 eingesetzt,
hier in 3B dargestellt. 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 Kunststoff
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. Gemäß den bevorzugten
Ausführungsformen
können
die Brennstoffgruppen- und die Spulengruppen-Teilbaugruppe so gedreht
werden, dass der Öffnungswinkel
zwischen dem (den) Bezugspunkt(en) der Lochscheibe 254 (einschließlich der Öffnung(en)
darauf) und einem Bezugspunkt auf dem Bereich 321 für einen
elektrischen Mehrfachsteckanschluss des Brennstoffeinspritzventils sich
in einem vorgegebenen Winkel befinden. Die relative Ausrichtung
kann mithilfe von Roboterkameras oder rechnergestützten Bilderkennungsvorrichtungen
eingestellt werden, um die jeweiligen vorgegebenen Bezugspunkte
auf den Teilbaugruppen visuell zu prüfen, die für eine Ausrichtung erforderliche
Winkeldrehung zu berechnen, die Teilbaugruppen auszurichten und
dann nochmals mittels einer Sichtprüfung zu prüfen usw., bis die Teilbaugruppen
korrekt ausgerichtet sind. Sobald die gewünschte Ausrichtung erzielt
ist, werden die Teilbaugruppen zusammen eingesetzt. 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. 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.
-
Um
sicherzustellen, dass keine Schwebstoffe aus der Produktionsumgebung
die Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe verunreinigen, wird der Arbeitsschritt
der Herstellung der Brennstoffgruppen-Teilbaugruppe vorzugsweise
in einem Reinraum durchgeführt.
Reinraum bedeutet hier, dass die Produktionsumgebung mit einem Luftfilterungssystem
ausgestattet ist, das sicherstellt, dass Schwebstoffe und Umgebungsschmutzstoffe
ständig
aus dem Reinraum entfernt werden.
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Es
wird davon ausgegangen, dass aus Kostengründen die Anzahl der Arbeitsschritte
in Reinräumen
anteilig zwischen 45%–55%
der gesamten Arbeitsschritte der Produktion ausmachen kann, während die
Prüfschritte
anteilig zwischen 3% und 8% der gesamten Arbeitsschritte der Produktion
ausmachen können.
-
Ebenso
können
die Arbeitsschritte für Schweißen und
Automatendrehen anteilig zwischen 3% und 9% der gesamten Arbeitsschritte
ausmachen. Die Anzahl von Arbeitsschritten vor Erzielen einer abgedichteten
modularen Brennstoffeinspritzventilbaugruppe kann anteilig zwischen
12% und 22% der gesamten Arbeitsschritte bei der Produktion ausmachen.
Selbstverständlich
können
die Arbeitsschritte vor Erzielen einer abgedichteten Brennstoffeinspritzventilbaugruppe
je nach konkreter Produktionsumgebung entweder innerhalb oder außerhalb
eines Reinraums durchgeführt
werden.
-
Zum
Beispiel beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform ungefähr neunundvierzig
(49) Arbeitsschritte im Reinraum, sieben (7) Prüfschritte, drei (3) Teilbaugruppen-Arbeitsschritte außerhalb des
Reinraums, fünf
(5) Arbeitsschritte für
Schweißen,
einen (1) Arbeitsschritt für
Bearbeiten bzw. Schleifen und fünf
(5) Arbeitsschritte für
Automatendrehen, die zu einer abgedichteten oder lieferbereiten
modularen Brennstoffeinspritzventilbaugruppe führen. Die Gesamtzahl der Produktionsarbeitsschritte
oder -prozesse kann abhängig
von Variablen variieren, beispielsweise, ob die Ankerbaugruppe 260 vormontiert
oder in einteiliger Bauweise ausgeführt wird, ob die untere Führung und
der Ventilsitz integriert oder in separater Bauweise ausgeführt sind,
ob die Komponenten endbearbeitet oder unbearbeitet sind, ob die
Brennstoff- bzw. Spulenbaugruppe von Dritten als Lieferant(en) oder
Unterlieferant(en) geliefert wird oder ob Arbeitsschritte von einem
Dritten als Montagefirma entweder am Standort oder standortfern
ausgeführt
werden usw. Diese beispielhaften Variablen und weitere Variablen,
die die tatsächliche Zahl
der vorgegebenen Anzahl von Arbeitsschritten, die verschiedenen
Anteile von Arbeitsschritten im Reinraum, den Arbeitsschritten Prüfen, Schweißen, Automatendrehen,
Schleifen, Bearbeiten, Oberflächenbehandlungen
und Schritten außerhalb
eines Reinraums bestimmen im Verhältnis zur vorgegebenen Anzahl
von Arbeitsschritten, sind Fachleuten auf diesem technischen Gebiet
bekannt.
-
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,
des Ventilsitzes 250, des Schließelements 265, der
Baugruppe 282' bzw. 282'' aus Filter/Befestigungselement
usw.), dass die Lagerhaltungskosten gesenkt werden können, und
ermöglicht
einen fertigungssynchronen (Just-in-Time-) Zusammenbau der anwendungsspezifischen
Brennstoffeinspritzventile. Nur diejenigen Bauteile, die für einen
speziellen Anwendungszweck variiert werden müssen, z. B. der elektrische
Anschluss 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.