DE3535438A1 - Elektromagnetisch betaetigbares ventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätig­ baren Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein solches Ventil bekannt, bei dem ein Ventil­ teil mit einem Flachanker verbunden ist, welcher als Dreh­ teil ausgeführt ist. Derartige Drehteile, bei kleinen Serien relativ preisgünstig herzustellen, verlangen bei der Groß­ serienfertigung einen sehr hohen Fertigungs- und damit Kostenaufwand, welcher sich bei Anwendung anderer Ferti­ gungsverfahren - wie etwa Stanzen - deutlich vermindern läßt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 1 oder 4 hat demgegenüber den Vorteil, durch fertigungsgerechte Gestaltung von Anker und Ventil­ glied sowie der Verbindung beider Teile auch bei sehr großen Stückzahlen mit günstigen Produktionskosten herge­ stellt werden zu können.

Vorteilhaft ist es, die Auflage der Druckfeder auf dem Anker oder auf dem Ventilglied so zu gestalten, daß jeder­ zeit eine stabile Lage von Anker und Ventilglied mit einer auf den Ventilsitz ausgerichteten Kraftwirkung gewährlei­ stet ist.

Durch die in den Unteransprüchen 2 und 3 aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventiles möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Aus­ führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventiles,

Fig. 2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsformen eines erfindungs­ gemäßen Ventiles.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 als Beispiel eines Ventiles darge­ stellte Kraftstoffeinspritzventil für eine Kraftstoffein­ spritzanlage dient beispielsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr von gemischverdichtenden, fremd­ gezündeten Brennkraftmaschinen. Dabei ist mit 1 ein erstes Ventilgehäuseteil bezeichnet, das ebenso wie ein zweites Ventilgehäuseteil 2 durch ein spanendes Fertigungsverfahren hergestellt wird. Die Ventilgehäuseteile 1, 2 übergreifen einander teilweise und sind in bekannter Weise, beispiels­ weise durch eine Bördelung bei 3, miteinander verbunden und axial verspannt. In das Ventilgehäuseteil 2 ist ein als Anschlußstutzen ausgebildeter Kraftstoffstutzen 4 dichtend eingesetzt, der aus ferromagnetischem Material gebildet gleichzeitig als Innenkern des elektromagnetisch betätig­ ten Ventiles dient. Der konzentrisch zur Ventilachse ver­ laufende Kraftstoffstutzen 4 weist eine Innenbohrung 6 auf, in der eine Verstellhülse 7 mit einer Durchgangsbohrung 8 fixiert ist. Das aus dem Ventilgehäuseteil 2 ragende Ende des Kraftstoffstutzens 4 steht mit einer Kraftstoffquelle, beispielsweise einer Kraftstoffverteilerleitung in Verbin­ dung. In einen Innenraum 9 des Ventils ragt das andere Ende des Kraftstoffstutzens 4 und trägt einen isolierenden Trägerkörper 11, der mindestens teilweise eine Magnetspule 12 umschließt. An der Stirnfläche 18 des Ventilgehäusetei­ les 2 liegt ein Distanzring 19 an, an den sich eine Füh­ rungsmembran 20 anschließt. Andererseits der Führungsmem­ bran 20 greift ein Bund 21 des ersten Ventilgehäuseteiles 1 an, so daß hierdurch eine axiale Spannkraft zur Lagefixie­ rung von Distanzring 19 und Führungsmembran 20 gegeben ist. Das Ventilgehäuseteil 1 hat eine koaxiale Aufnahmebohrung 25, in der ein Düsenkörper 26 eingesetzt und z.B. durch Schweißen oder Löten befestigt ist. Der Düsenkörper 26 weist eine sacklochförmig, beispielsweise zylindrisch aus­ gebildete Aufbereitungsbohrung 28 auf, an deren Lochboden 30 mindestens eine der Kraftstoffzumessung dienende Kraft­ stofführungsbohrung 29 mündet. Die Kraftstofführungsboh­ rung 29 mündet vorzugsweise derart am Lochboden 30 der Auf­ bereitungsbohrung 28, daß kein tangential gerichtetes Ein­ strömen in die Aufbereitungsbohrung 28 erfolgt, sondern der Kraftstoffstrahl zunächst ohne Wandberührung aus den Kraftstofführungsbohrungen 29 austritt und danach auf die Wandung der Aufbereitungsbohrung 28 aufprallt, um über diese filmförmig verteilt etwa in Form einer Parabel zum Düsenkörperende 31 zu strömen. Die Kraftstofführungsboh­ rungen 29 verlaufen gegenüber der Ventilachse geneigt und gehen von einem im Düsenkörper 26 ausgebildeten Kalotten­ raum 32 aus, stromaufwärts dessen im Düsenkörper 26 ein gewölbter Ventilsitz 33 ausgebildet ist, mit dem ein Ven­ tilschließteil 34 zusammenwirkt. Dem Ventilsitz 33 abgewandt ist das Ventilschließteil 34 mit einem Flachanker 35 ver­ bunden. Das Ventilschließteil 34 kann die Grundform einer Kugel aufweisen, mit einer koaxialen Abflachung 50 auf der dem Ventilsitz 33 zugewandten Seite, deren Durchmesser klei­ ner ist als der Durchmesser des Ventilsitzes 33. Weiterhin verfügt das Ventilschließteil 34 über einen Ring 51, wel­ cher, in Richtung auf den Kraftstoffstutzen 4 betrachtet, sich am oder geringfügig oberhalb des Kugeläquators befin­ det. Ventilschließteil 34 und Ring 51 können aus einem Teil bestehen oder, zweiteilig ausgeführt, durch Kleben, Schweis­ sen oder Löten miteinander verbunden sind. Die dem Kraft­ stoffstutzen 4 zugewandte Seite des Ringes 51 ist als Flach­ seite 52 ausgebildet, während die entgegengesetzte Seite des Ringes 51 so gestaltet sein kann, daß die Dicke des Ringes 51 sich, vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser betrachtet, vermindert. Der Außendurchmesser des Ringes 51 ist größer als der Durchmesser einer zentralen Durchgangs­ bohrung 55 des Flachankers 35. Das Ventilschließteil 34 ist, mit der Flachseite 52 des Ringes 51 an jenem Bereich des Flachankers 35, welcher die Durchgangsbohrung 55 umgibt, anliegend, mit dem Flachanker 35 durch ein Lötverfahren oder ein Schweißverfahren verbunden. Für die Großserienfer­ tigung bietet sich besonders eine Laserschweißung an.

Bei Anwendung der Schweißung wird diese zum einen in dem Winkel zwischen Durchgangsbohrung 55 des Flachankers 35 und Flachseite 52 des Ringes 51, zum anderen in dem Winkel zwischen Außenrand 53 des Ringes 51 und der dem Ventilsitz 33 zugewandten Flachseite des Flachankers 35 durchgeführt. Es ist ebenfalls möglich, nur eine dieser Schweißungen aus­ zuführen.

Der Flachanker 35 kann als Stanz- oder Preßteil ausgebildet sein und beispielsweise einen ringförmigen Führungskranz 36 aufweisen, der erhaben ausgebildet ist und an einem ring­ förmigen Führungsbereich 38 der Führungsmembran 20 auf der dem Ventilsitz 33 abgewandten Seite der Führungsmembran 20 anliegt. Durchströmöffnungen 39 in dem Flachanker 35 und Strömungsaussparungen 40 in der Führungsmembran 20 erlauben eine ungehinderte Umströmung von Flachanker 35 und Führungs­ membran 20 durch den Kraftstoff. Die an ihrem Außenumfang an einem Einspannbereich 41 zwischen dem Distanzring 19 und dem Bund 21 eingespannte Führungsmembran 20 weist ei­ nen Zentrierbereich 42 auf, der eine Zentrieröffnung 43 um­ schließt, durch die das bewegliche Ventilschließteil 34 mit geringem Spiel ragt und in radialer Richtung zentriert wird. Die Einspannung der Führungsmembran 20 zwischen dem Di­ stanzring 19 und dem Bund 21 erfolgt in einer Ebene, die bei am Ventilsitz 33 anliegendem Ventilschließteil 34 durch den Mittelpunkt bzw. möglichst nahe am Mittelpunkt des Ven­ tilschließteiles 34 verläuft. Durch den am Führungskranz 36 des Flachankers 35 angreifenden Führungsbereich 38 der Führungsmembran 20 wird der Flachanker 35 möglichst paral­ lel zur Stirnfläche 18 des Ventilgehäuseteiles 2 geführt, die er mit einem äußeren Wirkungsbereich 44 teilweise über­ ragt. In der Innenbohrung 6 des bis nahe an den Flachanker 35 verlaufenden Kraftstoffstutzens 4 ist eine Druckfeder 45 geführt, die einerseits am Ventilschließteil 34 und anderer­ seits an der Verstellhülse 7 angreift und bestrebt ist, das Ventilschließteil 34 in Richtung zum Ventilsitz 33 hin zu beaufschlagen. Der als Innenkern dienende Kraftstoffstutzen 4 ist insbesondere so weit in das Ventilgehäuseteil 2 ein­ geschoben, daß zwischen seiner dem Flachanker 35 zugewand­ ten Stirnfläche 46 und dem Flachanker 35 dann noch ein klei­ ner Luftspalt bleibt, wenn bei erregter Magnetspule 12 der Flachanker mit seinem äußeren Wirkungsbereich 44 gegen die Stirnfläche 18 des Ventilgehäuseteiles 2 gezogen wird, wäh­ rend bei nichterregter Magnetspule 12 der Flachanker durch die Druckfeder 45 in Richtung zum Ventilsitz 33 beaufschlagt wird. Der Magnetkreis verläuft außen über das Ventilgehäuse­ teil 2 und innen über den Kraftstoffstutzen 4 und schließt sich über den Flachanker 35.

Bei der Montage des Ventiles werden die Magnetspule 12, der Distanzring 19, der Flachanker 35 sowie die Führungsmembran 20 eingesetzt und die Ventilgehäuseteile 1, 2 durch Börde­ lung 3 miteinander verbunden und axial verspannt, wodurch die Führungsmembran 20 an ihrem Einspannbereich 41 in axialer Richtung eingespannt wird.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung. Die in gleicher Weise wirkenden Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei einer Ausführungsform entsprechend Fig. 2 ist im Gegen­ satz zu der Ausführungsform nach Fig. 1 der nicht inner­ halb des Ringes 51 gelegene, dem Kraftstoffstutzen 4 zuge­ wandte Teil des Ventilschließteiles 34 in Form eines koaxia­ len Führungszapfens 60 ausgeführt. Dieser Führungszapfen 60 führt die Druckfeder 45 an ihrem Innendurchmesser, die Druckfeder 45 liegt direkt auf einer, in der gleichen Ebene wie die Flachseite 52 des Ringes 51 liegenden Fläche 61 auf. Ventilschließteil 34, Ring 51 und Führungszapfen 60 können sowohl als ein Teil ausgeführt sein als auch bei Anwendung eines der bereits beschriebenen Verbindungsverfahren zwei- oder dreiteilig aufgebaut sein.

Beide bisher beschriebenen Ausführungsformen besitzen den Vorteil, daß die Schweißung im Bereich des Außendurchmes­ sers des Ringes 51 durchgeführt wird. Hierdurch wird eine hohe Biegesteifigkeit des Systems Flachanker 35 - Ventil­ schließteil 34 erreicht. Selbstverständlich ist bei Ausfüh­ rung des Ventilschließteiles 34 auch eine von der Kugel ab­ weichende Form möglich.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Das Ventilschließteil ist hier ersetzt durch eine zweitei­ lige Vorrichtung, bestehend aus einer Druckfederauflage 63 und einem Ventilkörper 64. Die Druckfederauflage 63 ist als rotationssymmetrischer Körper aufgebaut und besteht aus einem dem Kraftstoffstutzen 4 zugewandten, sich in der dem Ventilsitz 33 zugewandten Richtung erweiternden konischen Teil 65, welches unter Beibehaltung des Durchmessers in ei­ nen kurzen zylindrischen Abschnitt 66 übergeht und zusammen mit diesem einen Führungszapfen 62 bildet und zwei sich daran anschließenden kurzen zylindrischen Abschnitten 67, 68 jeweils zunehmenden Durchmessers. Den Abschluß der Druck­ federauflage 63 bildet ein sich verjüngender konischer Teil 69, dessen größter Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung 55 des Flach­ ankers 35, welche besagten konischen Teil 69 der Druckfeder­ auflage 63 aufnimmt. Auf der dem Kraftstoffstutzen 4 zuge­ wandten Seite des Flachankers 35 befindet sich eine koaxiale Sackbohrung 71, welche einen größeren Durchmesser aufweist als die Durchgangsbohrung 55 und an deren Boden die Druck­ federauflage 63 mit ihrem zylindrischen Abschnitt 68, mit geringem Spiel durch die Sackbohrung 71 radial umfaßt, an­ liegt. Die Tiefe der Sackbohrung 71 ist dabei größer als die Länge des zylindrischen Abschnittes 68 der Druckfeder­ auflage 63. Der Ventilkörper 64 ist als Kugelabschnitt aus­ gebildet und liegt mit seiner Flachseite 72 an einer dem Ventilsitz 33 zugewandten Flachseite des Flachankers 35 koaxial zur Durchgangsbohrung 55 und diese überdeckend an. Der Ventilkörper 64 wird in bekannter Weise in der Zen­ trieröffnung 43 der nicht dargestellten Führungsmembran 20 radial zentriert.

Die Fertigung der Vorrichtung, bestehend aus Flachanker 35, Druckfederauflage 63 und Ventilkörper 64 erfolgt in der Weise, daß zunächst Flachanker 35 und Ventilkörper 64 miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden werden. Bei Anwendung eines Schweißverfahrens wird eine erste Schweißnaht im Win­ kel zwischen Flachseite 72 des Ventilkörpers 64 und Durch­ gangsbohrung 55 des Flachankers 35, eine zweite Schweißnaht zwischen dem Außenrand des Ventilkörpers 64 und der dem Ven­ tilsitz 33 zugewandten Flachseite des Flachankers 35 gezo­ gen. In einer zweiten Fertigungsstufe werden Druckfederauf­ lage 63 und Flachanker 35 durch Schweißen in der durch die zylindrischen Abschnitte 67 und 68 der Druckfederauflage 63 und durch die Sackbohrung 71 des Flachankers 35 begrenzten Rille miteinander verbunden. Auch hier bietet sich die Ver­ wendung eines Laserschweißverfahrens an.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 4. Vorteilhaft ist hier insbesondere die tiefe Auflage für die Druckfeder 45. Als Ventilschließteil dient ein Form­ körper 79. Dieser Formkörper 79 besitzt einen Führungsbe­ reich 80, etwa in Form eines Kugelsegmentes, und einen Schließbereich 81, etwa in Form eines dem Ventilsitz 33 zu­ gewandten Kugelabschnittes, wobei der Radius des Schließbe­ reiches 81 kleiner als der Radius des Führungsbereiches 80 ist. Die Radien sowohl von Führungsbereich 80 als auch von Schließbereich 81 können auf den gleichen Bezugsmittelpunkt bezogen sein. Der Schließbereich 81 übernimmt im Zusammen­ wirken mit dem Ventilsitz 33 die Aufgabe, das Ventil zu öff­ nen und zu schließen, während der Führungsbereich 80, von der Führungsmembran 20 mit geringem Spiel umfaßt, den Form­ körper 79 radial zentriert. Im Formkörper 79, sich zum Kraft­ stoffstutzen 4 hin öffnend, befindet sich ein koaxiales Sackloch 82 mit möglichst großer Tiefe, welches, von grös­ serem Durchmesser als der Durchmesser der Druckfeder 45, einen Teil der Druckfeder 45 aufnimmt. Der Formkörper 79 liegt mit einer dem Ventilsitz 33 abgewandten Flachseite 87 an der dem Ventilsitz 33 zugewandten Flachseite des Flachankers 35 koaxial an. Die Durchgangsbohrung 55 des Flachankers 35 ist größer als der Durchmesser des Sacklo­ ches 82, so daß die Möglichkeit besteht, im Winkel zwischen Flachseite 87 des Formkörper 79 und Durchgangsbohrung 55 des Flachankers 35 eine Schweißnaht zu ziehen. Eine zweite Naht kann im Winkel zwischen Führungsbereich 80 des Form­ körpers 79 und der dem Ventilsitz 33 zugewandten Flachseite des Flachankers 35 gezogen werden. Auch hier bietet sich die Anwendung eines Laserschweißverfahrens an.

Claims (4)

1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilgehäuse, einer auf einem Kern aus ferromagnetischem Material aufgebrach­ ten Magnetspule und einem Flachanker, der mit einem mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkenden, durch eine Druck­ feder mit Schließdruck beaufschlagten Ventilschließteil fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließ­ teil (34) in einer parallel zum Flachanker (35) gelegenen Ebene von einem Ring (51) umfaßt wird, welcher mit einer der Magnetspule (12) zugewandten Flachseite (52) an der dem Ventilsitz (33) zugewandten Seite des mit einer koaxialen Durchgangsbohrung (55) versehenen Flachankers (35) koaxial befestigt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Magnetspule (12) zugewandte, nicht innerhalb des Rin­ ges (51) gelegene Teil des Ventilschließteiles (34) als Führungszapfen (60) ausgebildet ist, welcher die Druck­ feder (45) an ihrem inneren Durchmesser führt.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, die Funktion von Ventilschließteil und Ring übernehmend, ein Formkörper (79) Verwendung findet, welcher erstens über einen koaxial auf den Ventilsitz (33) ausgerichteten und mit diesem zusammenwirkenden Schließbereich (81) sowie über einen, den Schließbereich (81) mit dem Flachanker (35) verbindenden, ringförmigen Führungsbereich (80) verfügt, und welcher zweitens ein koaxiales, in Richtung auf die Magnetspule (12) sich öffnendes Sackloch (82) aufweist, welches, von geringerem Durchmesser als die Durchgangsboh­ rung (55) des Flachankers (35), die Druckfeder (45) an ihrem Außendurchmesser führt.

4. Elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit einem Ventilgehäuse, einer auf einem Kern aus ferromagnetischem Material aufgebrach­ ten Magnetspule und einem Flachanker, der mit einem mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkenden, durch eine Druck­ feder mit Schließdruck beaufschlagten Ventilschließteil fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der der Magnetspule (12) zugewandten Seite des Flachankers (35) eine in einer koaxialen Sackbohrung (71) des Flachankers (35) sitzende, fest mit dem Flachanker (35) verbundene Druckfederauflage (63) befindet, welche andererseits einen die Druckfeder (45) an ihrem Innendurchmesser führenden Führungszapfen (62) aufweist, und daß an der dem Ventil­ sitz (33) zugewandten Seite des Flachankers (35) das Ventil­ schließteil (64) anliegt und mit dem Flachanker (35) fest verbunden ist.