EP2252786B1 - Abgedichtete elektrische durchführung - Google Patents

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EP2252786B1
EP2252786B1 EP08873402A EP08873402A EP2252786B1 EP 2252786 B1 EP2252786 B1 EP 2252786B1 EP 08873402 A EP08873402 A EP 08873402A EP 08873402 A EP08873402 A EP 08873402A EP 2252786 B1 EP2252786 B1 EP 2252786B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnet
sleeve
sealing
fuel injector
contact
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08873402A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2252786A1 (de
Inventor
Holger Rapp
Helmut Clauss
Friedrich Howey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP2252786B1 publication Critical patent/EP2252786B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/005—Arrangement of electrical wires and connections, e.g. wire harness, sockets, plugs; Arrangement of electronic control circuits in or on fuel injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/16—Sealing of fuel injection apparatus not otherwise provided for

Definitions

  • DE 196 50 865 A1 refers to a solenoid valve for controlling the fuel pressure in a control chamber of an injection valve, such as a common rail injection system, for supplying fuel to self-igniting internal combustion engines. About the fuel pressure in the control chamber, a stroke movement of a valve body is controlled with an injection port of the injection valve is opened or closed.
  • the solenoid valve comprises an electromagnet, a movable armature and a valve member moved with the armature and acted upon by a valve closing spring in the closing direction and cooperating with the valve seat of the valve member to control the fuel output from the control chamber.
  • the bushings are sealed with an O-ring joined to the coil pins.
  • These O-rings are first pushed over the coil pins and then inserted with the coil pins from below into the corresponding bore of the sleeve. They come under radial stress and seal both with respect to the bore wall and against the pin jacket surface safely.
  • the hole is tapered upwards. This can be achieved either via a step or via a conical bore shape.
  • the coil pin is encapsulated in its lower part with plastic, which forms a so-called "dome” above the Spulenumspritzung and also avoids touching the coil pins with the magnetic core.
  • the sleeve Since the magnetic core is usually supported on a shoulder in the sleeve, the sleeve has hitherto been made in two parts, i. from an actual sleeve and from a drain neck.
  • the magnetic core with coil was first inserted from above into the sleeve until it rested on the shoulder. Then the drain neck was placed on top and held down with a defined force. Thereafter, discharge spout and sleeve were crimped together and thereby fixed the magnet in its position.
  • the feedthroughs of the coil pins were incorporated in this case in the outlet pipe. If the sleeve is to be made in one piece in a cost effective manner, this has the consequence that the magnetic core must be inserted from below into the sleeve.
  • the inner contour of the sleeve and the outer contour of the core are not rotationally symmetrical, but have a radial contour.
  • the core is inserted from below into the sleeve in an angular position in which sleeve and core do not overlap when viewed from below. Between core and sleeve there is a spring element which is suppressed with a defined mounting force. If the magnetic core is inserted so deeply into the magnet sleeve that its end face is located above the associated bearing surface in the sleeve, the core is rotated by a defined angle (for example 45 °) with respect to the sleeve. As a result, the areas of large outer diameter of the core interact with those small inner diameters of the support surface. When removing the mounting force, these areas are based on each other, so that the core is now fixed in the sleeve.
  • the magent coil may not yet be mounted in the magnetic core, but may only be joined to the magnet core from below after mounting and aligning it. Since the outer diameter of the O-rings is larger than the recess for the pin dome in the magnetic core, the solenoid can only be mounted without O-rings. Alternatively, it is possible to perform the sealing of the bushings not with O-rings, but these bushings after Pour out the assembly of the complete magnet assembly with adhesive and seal in this way. However, this variant involves some risks that are critical in view of the error sequence, such as the outward leakage of fuel: Although the adhesive initially filled in the liquid state, the entire space between the sleeve and pin, but then hardens.
  • a reliably functioning sealing of the feedthroughs of electrical contacting pins from the housing of the fuel injector can be realized without recourse to an adhesive variant which involves the risks listed above.
  • a sealing element made of elastic material can be vulcanized into the leadthrough hole for the contacting pin for electrical contacting of the magnetic coil.
  • the inner diameter of the vulcanized sealing element is smaller than the diameter of the Kunststoff Industriesspins for electrical contacting of the magnetic coil.
  • This bias in the radial direction also causes a self-sealing of the guided through the magnet sleeve outward Kunststofftechnikspins, so that the tightness is guaranteed even if the built-up at the molecular level connection between the sealing element and magnetic sleeve surface disappears over time. Possible causes for this are temperature changes and occurring mechanical stress.
  • the tightness is ensured by the radial bias of the vulcanized sealing element and not - as in the introduced adhesive - purely by the chemical bond between the surfaces of the sealing element and the surfaces of the magnet sleeve and the Kunststofftechnischspins. This achieves the safe representation of the seal over the entire product duration.
  • the vulcanized-in sealing elements not be designed with a small inner opening, but consistently.
  • the thickness in the center is smaller than the thickness outside, and the sealing elements are designed such that the sealing element can be pierced there by the contacting pin of the magnetic coil with a small axial force.
  • the sealing elements are pierced at these thinned points and biased in the sequence thereof in the radial direction, so that they also seal to the electrical Kunststoffspins the solenoid out.
  • FIG. 1 there is a group of magnets which includes a solenoid and is sealed outwardly in two different ways to prevent the escape of fuel from a fuel injector.
  • FIG. 1 shows in section a magnet group 10, which is accommodated in a magnetic sleeve 12 formed integrally here.
  • the magnet sleeve 12 and the magnet group 10 are symmetrical to an injector axis 14 of an in FIG. 1 formed fuel injector, not shown.
  • the magnet group 10 of the fuel injector is actuated, that causes a pressure relief of a system under pressure control chamber.
  • the magnet sleeve 12 has a return 16, to which on the outside of the lateral surface 12, a return port 18 is aligned.
  • the magnet group 10 essentially comprises a magnetic core 20 and a magnetic coil 22 embedded in the magnetic core 20 FIG. 1 not shown anchor assembly assigning end face of the magnetic core 20 is shown in the illustration FIG. 1 designated by reference numeral 24.
  • the magnetic coil 22 of the magnetic group 10 is electrically connected via a Kunststofftechnikspin 28.
  • the contacting pin 28 can - as in FIG. 1 shown in the left half - sealed by an O-ring 32.
  • the O-ring 32 is inserted into a passage 30 and employed by a plastic dome 36 to a shoulder of the magnet sleeve 12.
  • this solution requires that the magnetic coil 22 must be moved during assembly in the magnetic head only in the axial direction and that the O-rings 32 are already pre-assembled on the coil pins.
  • the contacting pin 28 is sealed to energize the magnetic coil 22 within the magnetic core 20 via a Klebstoffpfropfen 40.
  • the adhesive in the passage 30 is flowable, this penetrates into all the pores or small gaps of the magnetic sleeve 12 and seals them to the outside of the magnetic sleeve 12 back.
  • microcracks may occur due to mechanical stresses and thermal expansions, which allow the escape of fuel from the low-pressure region 38 to the outside of the magnet group 10.
  • FIG. 2 The representation according to FIG. 2 is the view of a magnet assembly 10 can be seen from the bottom.
  • FIG. 2 shows, the magnetic sleeve 12 - see.
  • Representation according to FIG. 1 - Along a circumference of a mounting hole a number of attacks 42. These attacks 42 are formed in the radial direction so that they exceed the diameter of the magnetic core 20 to be mounted.
  • the insertion of the magnet core 20 into the magnet sleeve 12 is followed by a rotation 56 of the magnet core 20 in the clockwise direction 56, as a result of which the wing-shaped projections on the circumference of the magnet core 20 are overlapped with overlaps 42 (cf. FIG. 1 ) of the magnetic sleeve 12 are brought.
  • the spring element 26 designed as a plate spring, the magnetic core 20 is pressed against the radial projections of the magnet sleeve 12 -without a magnet coil 22.
  • the magnetic coil 22 has the Kunststoffssenspins 28 to be contacted electrically, which the bushings 30 -. Representation according to FIG. 1 - Pass and be contacted on the outside of the magnet sleeve 12 of the magnet group 10 electrically.
  • connector lugs are preferably used, which are welded to the Kunststofftechnischspins 28, soldered or electrically connected in some other way.
  • a seal in this solution using O-rings 32 would be only then possible if the magnetic core 20 have passages which are larger than the outer diameter of the mounted on a coil pin 28 O-ring 32.
  • Such large recesses in the magnetic core 20, however, are counterproductive to achieve the desired magnetic force and therefore to avoid as far as possible.
  • a vulcanized sealing element 34 is received in the magnet sleeve 12 in the region of the passage 30.
  • the vulcanized sealing element 64 is preferably vulcanized in the context of a diameter transition of the bushing 30 against the paragraph resulting from the diameter transition and fixed in this manner within the bushing 30.
  • An outer side of the magnet sleeve 12 is designated by reference numeral 62, while an inner side 60, ie the side of the magnetic sleeve 12 facing the low-pressure region 38, is designated by reference numeral 60.
  • the inner diameter of the inner opening 66 is dimensioned to be smaller than the outer diameter of the Kunststofftechnikspins 28 through which the magnetic coil 22 of the magnetic group 10 is electrically contacted after mounting in the magnet sleeve 12.
  • vulcanized sealing element 64 comprises sealing lips 68, which nestle sealingly on the lateral surface 36 during assembly of the contacting pin 28.
  • the sealing element 64 vulcanized into the bushing 30 rests against a shoulder defined by a diameter jump of the bushing 30 and is consequently secured in the axial direction - with respect to the insertion direction of the contacting pins 28 - and positioned in the defined position. If the contacting pins 28 are inserted into the sealing element 64 vulcanized into the magnet sleeve 12, the sealing lips 68 are widened radially so that they conform to the lateral surface 76 of the contacting pins 28 of the magnet coil 22 along a sealing length 72. Depending on the length of the sealing length 72 is a seal of in FIG. 1 achieved low pressure range 38 of a fuel injector.
  • the inside of the magnetic sleeve 12, that is, the region which is filled by fuel under low pressure with reference numeral 62, an outer side of the magnet sleeve 12 is designated.
  • a leakage of fuel from the low pressure region 38 to the outside is absolutely to prevent.
  • the contacting pin 28 as shown in FIG Figure 3.2 is symmetrical to the axis 78 of the Needles istspins 28 executed.
  • Reference numeral 74 designates the sealing lips 68 of the sealing element 12 vulcanized into the magnetic sleeve 12 in the deformed state, that is to say in the state applied to the lateral surface 76 of the contacting pin 28.
  • Figure 4.1 and Figure 4.2 show a variant of the inventively proposed vulcanized sealing element.
  • vulcanized sealing element 64 differs from the embodiment according to the Figures 3.1 and 3.2 in that it is designed in a first thickness 80 and a second, reduced thickness 82.
  • the sealing element 64 vulcanized into the magnet sleeve 12 has a funnel-shaped insertion bevel 84.
  • the second, reduced thickness 82 is present in the center of the substantially rotationally symmetrical vulcanized sealing element 64
  • the vulcanized sealing element according to the embodiments in FIG Figures 4.1 and 4.2 formed in the first thickness 80 in the region in which it rests in a diameter jump of the bushing 30 of the magnet sleeve 12.
  • the first thickness 80 exceeds the second, reduced thickness 82 of the vulcanized sealing element 64 by at least two times.
  • Figure 4.2 shows the assembled state of the Kunststoff musclesspins.
  • sealing contact pins 28 may also be applied to the sealing of other electrical leads, e.g. the supply lines of currently unclaimed piezoelectric actuators or sensors.

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Description

    Stand der Technik
  • DE 196 50 865 A1 bezieht sich auf ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum eines Einspritzventiles, etwa eines Common-Rail-Einspritzsystems, zur Versorgung von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkörpers gesteuert, mit dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventiles geöffnet oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilglied, das mit dem Ventilsitz des Ventilgliedes zusammenwirkend, den Kraftstoffausstoß aus dem Steuerraum steuert.
  • Bei Common-Rail-Kraftstoffinjektoren, die mittels eines Magnetventiles betätigt werden, muss die elektrische Kontaktierung der Magnetspule aus einem mit Kraftstoff unter Rücklaufdruck befüllten Raum nach außen geführt werden. Das erfolgt üblicherweise durch eine Bohrung oder mehrere Bohrungen in der Magnethülse. Eine wichtige Aufgabe dieser Durchführung ist neben der elektrischen Isolation der Spule und Kontakte gegenüber dem Injektorgehäuse die hydraulische Abdichtung der Durchführung. Es muss sicher verhindert werden, dass Kraftstoff durch diese Durchführung nach außen austritt. Zwar ist die elektrische Kontaktierung hinter der Durchführung nochmals mit Kunststoff umspritzt. Die Kunststoffumspritzung und die Kontaktfahnen bilden dann gemeinsam den elektrischen Stecker des Kraftstoffinjektors. Es besteht jedoch stets ein sehr kleiner Spalt zwischen der elektrischen Zuleitung und dem Kunststoff der Umspritzung, der sich nicht vermeiden lässt. Auf Grund dessen wird Kraftstoff, der aus der oben erwähnten Durchführung austritt, über diesen schmalen Spalt stets auch in den elektrischen Stecker des Kraftstoffinjektors gelangen, von wo aus er über den Kabelbaum bis zum Steuergerät gelangen kann. Dies kann Schäden im Steuergerät hervorrufen.
  • Üblicherweise werden die Durchführungen mit einem auf die Spulenpins gefügten O-Ring abgedichtet. Diese O-Ringe werden zuerst über die Spulenpins geschoben und anschließend mit den Spulenpins von unten in die zugehörige Bohrung der Hülse eingeschoben. Dabei kommen sie unter radiale Spannung und dichten sowohl gegenüber der Bohrungswand als auch gegenüber der Pin-Mantelfläche sicher ab. Um ein Durchschieben des O-Rings durch die Bohrung zu vermeiden, ist die Bohrung mit einer Verjüngung nach oben ausgeführt. Dies kann entweder über eine Stufe oder auch über eine konische Bohrungsform erreicht werden. Um sicherzustellen, dass der O-Ring in die Bohrung eingeschoben wird, ist der Spulenpin in seinem unteren Bereich mit Kunststoff umspritzt, der einen so genannten "Dom" oberhalb der Spulenumspritzung bildet und zudem eine Berührung des Spulenpins mit dem Magnetkern vermeidet.
  • Da sich der Magnetkern üblicherweise auf einem Absatz in der Hülse abstützt, wurde die Hülse bisher zweiteilig ausgeführt, d.h. aus einer eigentlichen Hülse und aus einem Ablaufstutzen. Der Magnetkern mit Spule wurde zunächst von oben in die Hülse eingeführt, bis er auf deren Absatz auflag. Anschließend wurde der Ablaufstutzen oben aufgesetzt und mit einer definierten Kraft niedergehalten. Danach wurden Ablaufstutzen und Hülse miteinander verbördelt und dadurch der Magnet in seiner Position fixiert. Die Durchführungen der Spulenpins waren in diesem Fall im Ablaufstutzen eingebracht. Soll die Hülse in kostengünstiger Weise einteilig ausgeführt werden, so hat dies zur Folge, dass der Magnetkern von unten in die Hülse eingeführt werden muss. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Innenkontur der Hülse und die Außenkontur des Kerns nicht rotationssymmetrisch ausgeführt sind, sondern eine radiale Kontur aufweisen. Zunächst wird der Kern in einer Winkelposition, in der sich Hülse und Kern von unten gesehen nicht überlappen, von unten in die Hülse eingeführt. Zwischen Kern und Hülse befindet sich ein Federelement, das mit einer definierten Montagekraft überdrückt wird. Ist der Magnetkern so tief in die Magnethülse eingeführt, dass seine Stirnfläche sich oberhalb der zugehörigen Auflagefläche in der Hülse befindet, so wird der Kern um einen definierten Winkel (z.B. 45°) gegenüber der Hülse verdreht. Dadurch kommen die Bereiche großen Außendurchrnessers des Kerns mit jenen kleinen Innendurchmessers der Auflagefläche in Wechselwirkung. Bei Wegnahme der Montagekraft stützen sich diese Bereiche aufeinander ab, so dass der Kern nunmehr in der Hülse fixiert ist.
  • Da der Magnetkern während der Montage verdreht wird, darf hier die Magentspule noch nicht im Magnetkern montiert sein, sondern darf erst nach Montage und Ausrichtung des Magnetkerns von unten mit diesem gefügt werden. Da der Außendurchmesser der O-Ringe größer ist als die Aussparung für die Pin-Dome im Magnetkern, kann die Magnetspule nur ohne O-Ringe montiert werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Abdichtung der Durchführungen nicht mit O-Ringen auszuführen, sondern diese Durchführungen nach Montage der kompletten Magnetbaugruppe mit Klebstoff auszugießen und auf diese Weise abzudichten. Diese Variante birgt jedoch einige Risiken, die angesichts der Fehlerfolge, so z.B. des Austretens von Kraftstoff nach außen, als kritisch zu bewerten sind: Der Klebstoff verfüllt zwar zunächst im flüssigen Zustand den kompletten Raum zwischen Hülse und Pin aus, härtet dann jedoch aus. Kommt es danach zu einem Verzug in den miteinander gefügten Bauteilen - sei es durch Einwirkung äußerer Kräfte (Schrauben, Magnetkopf, Haltekörper etc.) oder durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen -, so kann die anfangs dichte Verbindung zwischen dem Klebstoffpfropf und der Magnethülse oder dem Pin wieder verloren gehen, so dass sich erneut Kriechspalte für den Kraftstoff bilden können. Der Klebstoffpfropf ist zudem dauernd dem Kraftstoff unter teilweise hoher Temperatur ausgesetzt. Dabei muss bei wechselnder Kraftstofiqualität die chemische Beständigkeit des Klebstoffs gegenüber dem Kraftstoff über bis zu 15 Jahre gesichert sein. Auf Grund dieser obenstehend skizzierten Risiken ist eine Pinabdichtung durch Klebstoff riskant.
    Eine Abdichtlösung für einen Piezoaktor ist aus der EP-A-1628 015 bekannt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erfindung kann eine sicher funktionierende Abdichtung der Durchführungen von elektrischen Kontaktierungspins aus dem Gehäuse des Kraftstoffinjektors ohne Rückgriff auf eine Klebstoffvariante, die mit den obenstehend aufgeführten Risiken einhergeht, realisiert werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein einem O-Ring ähnliches Abdichtelement in die Pindurchführung einzubringen, welches im Gegensatz zu vorab in die Hindurchführung eingelegten O-Ringen eine spätere Montage der Magnetspule erlaubt. Eine Montage von einfach vorab in die Durchführungsbohrungen eingebrachten O-Ringen scheidet aus, da diese ohne die Aufweitung durch den Kontaktierungspin der Magnetspule sich in der Durchführungsbohrung windschief verformen und so weder eine sicher dichtende Funktion noch eine sichere Montierbarkeit der Magnetspule zu gewährleisten ist.
  • Ein Dichtelement aus elastischem Material kann in die Durchführungsbohrung für den Kontaktierungspin zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule einzuvulkanisiert werden. Damit ist die Dichtheit zur Magnethülse hin bereits gewährleistet. Der Innendurchmesser des einvulkanisierten Dichtelementes ist kleiner bemessen als der Durchmesser des Kontaktierungspins zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule. Wird nun die Magnetspule von der Unterseite her montiert, werden die Kontaktierungspins zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule durch diese Öffnungen der zuvor einvulkanisierten Dichtelemente geschoben. Dadurch werden diese Dichtelemente in radiale Richtung durch die eingeführten Kontaktierungspins vorgespannt und dichten dadurch auch an den Kontaktierungspins nach außen ab. Diese in radiale Richtung verlaufende Vorspannung bewirkt auch für sich allein eine Abdichtung der durch die Magnethülse nach außen geführten Kontaktierungspins, so dass die Dichtheit selbst dann gewährleistet bleibt, wenn die auf molekularer Ebene aufgebaute Verbindung zwischen Dichtelement und Magnethülsenoberfläche im Laufe der Zeit verschwindet. Mögliche Ursachen hierfür liegen in Temperaturwechseln sowie auftretender mechanischer Belastung. Die Dichtheit wird durch die radiale Vorspannung des einvulkanisierten Dichtelementes gewährleistet und nicht - wie beim eingebrachten Klebstoff - rein durch die chemische Verbindung zwischen den Oberflächen des Dichtelementes und den Oberflächen der Magnethülse bzw. der Kontaktierungspins. Dadurch wird die sichere Darstellung der Abdichtung über die gesamte Produktdauer hinweg erreicht.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen die einvulkanisierten Dichtelemente nicht mit einer kleinen Innenöffnung, sondern durchgängig ausauführen. Dabei ist die Dicke im Zentrum geringer als die Dicke außen, und die Dichtelemente sind derart ausgelegt, dass das Dichtelement dort mit geringer Axialkraft vom Kontaktierungspin der Magnetspule durchstoßen werden kann. Bei der Montage der Magnetspule werden die Dichtelemente an diesen dünner ausgebildeten Stellen durchstoßen und in der Folge davon in radiale Richtung vorgespannt, so dass diese zu den elektrischen Kontaktierungspins der Magnetspule hin ebenfalls abdichten.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird nachstehend an Hand eines Kraftstoffinjektors zur Betätigung mittels eines Magnetventils für ein Hochdruckspeichereinspritzsytem (Common-Rail) beschrieben, lässt sich aber auch bei anderen derzeit nicht beanspruchten Kraftfahrzeugkomponenten anwenden, bei denen ein Austritt von Medium nach außen unbedingt zu verhindern ist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Schnitt durch einen Magnetkopf eines Magnetventils für einen Kraftstoffinjektor mit einer Abdichtung eines Kontaktierungspins mit einem O-Ring und mit einem Klebstoffeinspritzelement,
    Figur 2
    eine Unteransicht eines Magnetkopfes mit einteiliger Hülse und durch Verdrehung verriegelten Magnetkern,
    Figur 3.1
    ein einvulkanisiertes Dichtelement als Einzelteil,
    Figur 3.2
    ein einvulkanisiertes Dichtelement nach Montage der Magnetspule,
    Figur 4.1
    ein in eine Durchführung einvulkanisiertes, erfindungsgemäßes Dichtelement ohne Innenöffnung als Einzelteil und
    Figur 4.2
    ein einvulkanisiertes Dichtelement nach Montage der Spule.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Magnetgruppe zu entnehmen, die eine Magnetspule umfasst und auf zwei unterschiedliche Weisen nach außen hin abgedichtet ist, um den Austritt von Kraftstoff aus einem Kraftstoffinjektor zu verhindern.
  • Figur 1 zeigt im Schnitt eine Magnetgruppe 10, die in einer hier einteilig ausgebildeten Magnethülse 12 aufgenommen ist. Die Magnethülse 12 und die Magnetgruppe 10 sind symmetrisch zu einer Injektorachse 14 eines in Figur 1 nicht dargestellten Kraftstoffinjektors ausgebildet. Mittels der Magnetgruppe 10 wird der Kraftstoffinjektor betätigt, d.h. eine Druckentlastung eines unter Systemdruck stehenden Steuerraumes bewirkt.
  • Die Magnethülse 12 weist einen Rücklauf 16 auf, zu dem an der Außenseite der Mantelfläche 12 ein Rücklaufanschluss 18 fluchtet.
  • Die Magnetgruppe 10 umfasst im Wesentlichen einen Magnetkern 20 und eine in den Magnetkern 20 eingebettete Magnetspule 22. Eine einer in Figur 1 nicht dargestellten Ankerbaugruppe zuweisende Stirnseite des Magnetkerns 20 ist in der Darstellung gemäß Figur 1 durch Bezugszeichen 24 bezeichnet.
  • Wie aus der Darstellung gemäß Figur 1 des Weiteren hervorgeht, wird die Magnetspule 22 der Magnetgruppe 10 über einen Kontaktierungspin 28 elektrisch verbunden. Der Kontaktierungspin 28 kann - wie in Figur 1 in der linken Hälfte dargestellt - über einen O-Ring 32 abgedichtet werden. Der O-Ring 32 wird in eine Durchführung 30 eingelassen und über einen Kunststoff-Dom 36 an einen Absatz der Magnethülse 12 angestellt. Diese Lösung bedingt jedoch, dass die Magnetspule 22 bei der Montage im Magnetkopf nur in axiale Richtung bewegt werden muss und dass die O-Ringe 32 sich dabei bereits auf den Spulenpins vormontiert befinden.
  • In der rechten Hälfte des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieles ist der Kontaktierungspin 28 zur Bestromung der Magnetspule 22 innerhalb des Magnetkernes 20 über einen Klebstoffpfropfen 40 abgedichtet. Solange der Klebstoff in der Durchführung 30 verfließbar ist, dringt dieser in alle Poren bzw. kleinen Spalte der Magnethülse 12 ein und dichtet diese zur Außenseite der Magnethülse 12 hin ab. Sobald das Material des Klebstoffpfropfens 40 jedoch ausgehärtet ist, können auf Grund von mechanischen Beanspruchungen sowie Temperaturdehnungen Mikrorisse auftreten, welche einen Austritt von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich 38 an die Außenseite der Magnetgruppe 10 ermöglichen. Zwar ist durch den Klebstoffpfropfen 40, wie in Figur 1 dargestellt, eine Abdichtung erzielbar, jedoch besteht ein nicht unerhebliches Risiko, dass die Dichtwirkung im Laufe der Lebensdauer des Produkts verloren geht.
  • Der Darstellung gemäß Figur 2 ist die Ansicht einer Magnetbaugruppe 10 von der Unterseite her zu entnehmen.
  • Wie Figur 2 zeigt, umfasst die Magnethülse 12 - vgl. Darstellung gemäß Figur 1 - entlang eines Umfanges einer Montageöffnung eine Anzahl von Übergriffen 42. Diese Übergriffe 42 sind in radiale Richtung so ausgebildet, dass sie den Durchmesser des zu montierenden Magnetkerns 20 übersteigen. Der Magnetkern 20, der jedoch von der Unterseite her in die Magnethülse 12 eingeschoben und in einer Verdrehrichtung 56 verdreht wird, weist an seiner Außenseite eine Anzahl von flügelförmig ausgebildeten Verbreiterungen auf. Diese flügelförmig ausgebildeten Verbreiterungen werden in einer ersten Winkelposition 52 des Magnetkernes 20 in Bezug auf die Magnethülse 12 in die Magnethülse 12 eingeschoben. An das Einschieben des Magnetkernes 20 in die Magnethülse 12 schließt sich eine Verdrehung 56 des Magnetkernes 20 im Uhrzeigersinn 56 an, wodurch die flügelförmigen Vorsprünge am Umfang des Magnetkernes 20 in Überdeckungen mit Übergriffen 42 (vgl. Darstellung gemäß Figur 1) der Magnethülse 12 gebracht werden. Durch die Wirkung des als Tellerfeder ausgebildeten Federelementes 26 wird der Magnetkern 20 - ohne Magnetspule 22 - gegen die radiale Vorsprünge der Magnethülse 12 gedrückt.
  • Nach der Montage des Magnetkernes 22 gemäß der Darstellung in Figur 2 erfolgt ein Einschieben der Magnetspule 22 von der Unterseite her. Die Magnetspule 22 weist die elektrisch zu kontaktierenden Kontaktierungspins 28 auf, welche die Durchführungen 30 - vgl. Darstellung gemäß Figur 1 - durchsetzen und an der Außenseite der Magnethülse 12 der Magnetgruppe 10 elektrisch kontaktiert werden. Zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktierungspins 28 werden bevorzugt Steckerfahnen eingesetzt, die mit den Kontaktierungspins 28 verschweißt, verlötet oder auf andere Weise elektrisch leitend verbunden werden. Eine Abdichtung bei dieser Lösung unter Einsatz von O-Ringen 32 wäre nur dann möglich, wenn der Magnetkern 20 Durchlässe aufwiese, die größer als der Außendurchmesser des auf einen Spulenpin 28 aufgezogenen O-Rings 32 sind. Derart große Aussparungen im Magnetkern 20 sind jedoch zum Erreichen der gewünschten Magnetkraft kontraproduktiv und daher nach Möglichkeit zu vermeiden.
  • Der Darstellung gemäß Figur 3.1 ein einvulkanisiertes elastisches Dichtungselement zu entnehmen.
  • Wie der Darstellung der Figur 3.1 entnommen werden kann, ist in die Magnethülse 12 im Bereich der Durchführung 30 ein einvulkanisiertes Dichtelement 34 aufgenommen. Das einvulkanisierte Dichtelement 64 wird bevorzugt im Rahmen eines Durchmesserüberganges der Durchführung 30 gegen den durch den Durchmesserübergang entstehenden Absatz einvulkanisiert und auf diese Weise innerhalb der Durchführung 30 fixiert.
  • Eine Außenseite der Magnethülse 12 ist durch Bezugszeichen 62 bezeichnet, während eine Innenseite 60, d.h. die dem Niederdruckbereich 38 zuweisende Seite der Magnethülse 12, durch Bezugszeichen 60 bezeichnet ist. Wie Figur 3.1 zeigt, umfasst das in die Durchführung 30 einvulkanisierte Dichtelement 64 eine Innenöffnung 66. Der Innendurchmesser der Innenöffnung 66 ist kleiner bemessen als der Außendurchmesser der Kontaktierungspins 28, über den die Magnetspule 22 der Magnetgruppe 10 nach Montage in der Magnethülse 12 elektrisch kontaktiert ist. Das in der Darstellung gemäß Figur 3.1 im Durchmesserübergang der Durchführung 30 einvulkanisierte Dichtelement 64 umfasst Dichtlippen 68, die sich bei der Montage des Kontaktierungspins 28 an dessen Mantelfläche 36 dichtend anschmiegen. Auf Grund des Durchmesserunterschiedes zwischen der Innenöffnung 66 des in die Durchführung 30 einvulkanisierten Dichtelementes 64 in Bezug auf den Außendurchmesser des Kontaktierungspins 28 entsteht eine Radialvorspannung 70 des Materials des in die Durchführung 30 einvulkanisierten Dichtelementes 64.
  • Der Darstellung gemäß Figur 3.2 ist das einvulkanisierte Dichtelement im montierten Zustand eines Kontaktierungspins zu entnehmen.
  • Wie Figur 3.2 zeigt, erfolgt bei der Montage des Kontaktierungspins 28 der Magnetspule 22 eine Aufweitung der Innenöffnung 66 des in der Durchführung 30 einvulkanisierten Dichtelementes 64. Der Innendurchmesser des einvulkanisierten Dichtungselementes 64 ist geringer als der Außendurchmesser des Kontaktierungspins 28 der Magnetspule 22. Demzufolge werden beim Einschieben des Kontaktierungspins 28 in das in die Durchführung 30 einvulkanisierte Dichtungseiement 64 dessen Dichtlippen 68 in radiale Richtung ausgelenkt und üben in radiale Richtung eine Radialvorspannung 70 innerhalb einer Dichtlänge 72 aus. Die Dichtlänge 72, die sich beim Einschieben der Kontaktierungspins 28 in das in die Magnethülse 12 einvulkanisierte Dichtungselement 64 ergibt, liegt im Wesentlichen in der Größenordnung des Durchmessers des einvulkanisierten Dichtelementes 64.
  • Wie Figur 3.2 des Weiteren zu entnehmen ist, liegt das in die Durchführung 30 einvulkanisierte Dichtungselement 64 an einem durch einen Durchmessersprung der Durchführung 30 definierten Absatz an und ist demzufolge in axiale Richtung - in Bezug auf die Einschubrichtung der Kontaktierungspins 28 - gesichert und in der definierten Lage positioniert. Werden die Kontaktierungspins 28 in das in die Magnethülse 12 einvulkanisierte Dichtungselement 64 eingeschoben, erfolgt eine radiale Aufweitung der Dichtlippen 68, so dass diese sich entlang einer Dichtlänge 72 an die Mantelfläche 76 der Kontaktierungspins 28 der Magnetspule 22 anschmiegen. Je nach Länge der Dichtlänge 72 wird eine Dichtung des in Figur 1 dargestellten Niederdruckbereiches 38 eines Kraftstoffinjektors erreicht. Mit Bezugszeichen 60 ist die Innenseite der Magnethülse 12, d.h. der Bereich gekennzeichnet, der von unter Niederdruck stehendem Kraftstoff befüllt ist, mit Bezugszeichen 62 ist eine Außenseite der Magnethülse 12 bezeichnet. Ein Austritt von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich 38 nach außen ist unbedingt zu verhindern. Der Kontaktierungspin 28 gemäß der Darstellung in Figur 3.2 ist symmetrisch zur Achse 78 des Kontaktierungspins 28 ausgeführt. Bezugszeichen 74 bezeichnet die Dichtlippen 68 des in die Magnethülse 12 einvulkanisierten Dichtelementes 12 im verformten, d.h. im an die Mantelfläche 76 des Kontaktierungspins 28 angestellten Zustand.
  • Figur 4.1 und Figur 4.2 zeigen eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen einvulkanisierten Dichtelementes.
  • Das in den Figuren 4.1 und 4.2 dargestellte in die Magnethülse 12 einvulkanisierte Dichtungselement 64 unterscheidet sich von der Ausführungsvariante gemäß der Figuren 3.1 und 3.2 dadurch, dass dieses in einer ersten Dicke 80 und einer zweiten, reduzierten Dicke 82 ausgeführt ist. Darüber hinaus ist gemäß der Darstellung in Figur 4.1 erkennbar, dass das in die Magnethülse 12 einvulkanisierte Dichtungselement 64 eine trichterförmig ausgeführte Einführschräge 84 aufweist. Während im Zentrum des im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten einvlkanisierten Dichtungselementes 64 die zweite, reduzierte Dicke 82 vorliegt, ist das einvulkanisierte Dichtungselement gemäß der Ausführungsformen in Figuren 4.1 und 4.2 in dem Bereich, in dem es in einem Durchmessersprung der Durchführung 30 der Magnethülse 12 anliegt, in der ersten Dicke 80 ausgebildet. Die erste Dicke 80 übersteigt die zweite, reduzierte Dicke 82 des einvulkanisierten Dichtungselementes 64 um mindestens das Zweifache.
  • Durch die Einführschräge 84 an der dem Kontaktierungspin 28 der Magnetspule 22 zuweisenden Seite des in die Magnethülse 12 einvulkanisierten Dichtelementes 64 wird bei der Montage der Magnetspule 22 in den Magnetkern 20 die Spitze des Kontaktierungspins 28 in Richtung auf das Zentrum des Bereiches geführt, in dem die zweite, im Vergleich zur ersten Dicke 80 reduzierte Dicke 82 vorliegt. Durch Ausübung einer geringen Axialkraft durchstößt die Spitze des Kontaktierungspins 28 das in die Magnethülse 12 einvulkanisierte Dichtelement 64 im Bereich der zweiten, reduzierten Dicke 82 innerhalb der Einführschräge 84.
  • Figur 4.2 zeigt den montierten Zustand des Kontaktierungspins.
  • Durch die Montage, d.h. das axiale Durchstoßen des in die Magnethülse 12 einvulkanisierten Dichtungselementes 64 im Bereich der zweiten, reduzierten Dicke 82 und der Einführschräge 84 schmiegen sich die durch die Spitze des Kontaktierungspins 28 bzw. durch dessen Mantelfläche 26 voneinander getrennten Dichtlippen 68 im komprimierten Zustand 74 an die Mantelfläche 76 des Kontaktierungspins 28 an und bilden die Abdichtung des Niederdruckbereiches 38 eines Kraftstoffinjektors. Der Darstellung gemäß Figur 4.2 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass durch die Auslenkung der Dichtlippen 68 und deren Überführung in einen komprimierten Zustand 74 eine Dichtlänge 72 in axiale Richtung in Bezug auf die Kontaktierungspins 28 entsteht, die den Niederdruckbereich 38 unterhalb der ankerseitigen Stirnfläche 24 der Magnetgruppe 10 gegen die Außenseite 62 der Magnethülse 12 wirksam abdichtet. Durch das Einvulkanisieren des Dichtungselementes 64 ist dessen stationärer Sitz gewährleistet, wobei die elastischen Verfonmungseigenschaften des Materials des einvulkanisierten Dichtelementes 64 durch diese Befestigungsart im Absatz der Durchführung 30 in der Magnethülse 12 nicht beeinträchtigt werden.
  • Der Darstellung gemäß Figur 4.2 sind die Dichtlippen 68 im komprimierten Zustand 74, d.h. im an die Mantelfläche 76 des Kontaktierungspins 28 entlang der Dichtlänge 72 ausgelenkten Zustand zu entnehmen.
  • Die vorstehend beschriebene Lösung zum Abdichten von Kontaktierungspins 28 kann auch auf die Abdichtung anderer elektrischer Zuleitungen übertragen werden, so z.B. die Zuleitungen von derzeit nicht beanspruchten Piezoaktoren oder von Sensoren.

Claims (7)

  1. Kraftstoffinjektor mit einer Magnetgruppe (10), einen Magnetkern (20) und eine Magnetspule (22) umfassend, wobei die Magnetgruppe (10) in einer Magnethülse (12) aufgenommen ist, die Durchführungen (30) für elektrische Kontaktierungspins (28) der Magnetspule (22) aufweist, wobei elastische Dichtelemente (64) in die Durchführungen (30) derart einvulkanisiert sind, dass die Kontaktierungspins (28) der Magnetspule (22) im montierten Zustand mit einer radialen Vorspannkraft (70) zur Abdichtung beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (64) in einer ersten Dicke (80) und in ihrem Zentrum in einer zweiten, reduzierten Dicke (82) ausgeführt sind und , dass die Dichtelemente (64) im Bereich der zweiten, reduzierten Dicke (82) eine Einführschräge (84) aufweisen, die bei der Montage der Kontaktierungspins (28) in der Magnethülse (12) von diesen durchstoßen wird.
  2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Dichtelemente (64) in einem Absatz, an dem ein Innendurchmessersprung der Durchführungen (30) ausgeführt sind, einvulkanisiert sind.
  3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Dichtelemente (64) rotationssymmetrisch ausgeführt sind und Dichtlippen (68) aufweisen, die im montierten Zustand der Kontaktierungspins (28) an deren Mantelfläche (76) anliegen.
  4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippen (68) im durch die Kontaktierungspins (28) ausgelenkten Zustand entlang einer Dichtlänge (72) an der Mantelfläche (76) der Kontaktierungspins (28) anliegen und die Durchführung (30) der Magnethülse (12) abdichten.
  5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlänge (72) im Wesentlichen dem Durchmesser des Dichtelementes (64) entspricht.
  6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (64) - in Durchstoßrichtung der Kontaktierungspins (28) gesehen - an einem Absatz der Durchführung (30) in der Magnethülse (12) anliegen.
  7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (20) in der Magnethülse (12) im montierten Zustand in eine zweite Winkelposition (54) überführt ist und durch ein Federelement (26) an radiale Vorsprünge (72) der Magnethülse (12) angestellt ist.
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