DE4020951A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Magnetventil zur Steuerung der Durch­ flußöffnung einer Verbindungsleitung, die insbesondere als Fluid Kraftstoff führt, gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen durch die FR-A 21 71 342 bekannten Magnetventil ist der Anker als Koppelglied ausgebildet und weist eine axiale Sackboh­ rung auf, die an ihrem Austritt am Rand umgebordelt ist und mit die­ sem Bordelrand als Koppelglied einen Federteller hält, der von der in der Sackbohrung eingespannten Koppelfeder beaufschlagt ist. Das Ventilglied wird von einer Rückstellfeder axial in Richtung Koppel­ glied beaufschlagt und so in Anlage an den Federteller gehalten, derart, daß beim Anzug des Ankers beziehungsweise des Koppelgliedes entgegen einer Rückstellfeder das Ventilglied dem Anker folgt. Bei nicht erregtem Elektromagneten wird der Anker von der Rückstellfeder zurückgestellt und das Ventilglied mit seiner Dichtfläche auf einen konischen Sitz gepreßt, wobei bei sich weiterbewegendem Anker der Federteller des Koppelgliedes von dem umgebördelten Rand der Sack­ bohrung im Koppelglied entgegen der Kraft der Koppelfeder durch das Ventilglied abgehoben werden kann. Die dort vorgesehene Koppelfeder hat eine größere Steifigkeit als die Rückstellfeder und ist dazu bestimmt, eventuelle Wegunterschiede zwischen Anker und Ventilglied auszugleichen und somit die Möglichkeit zu bieten, höhere Toleranzen bei der Fertigung des Magnetventils oder verschiedene Temperaturaus­ dehnungen der Einzelteile zuzulassen und dennoch eine hohe Schließ­ kraft bereitzustellen.

Bei schnellschaltenden Magnetventilen ergibt sich das Problem des Prellens des Ventilglieds nach dem Ventilschließen. Wird ein solches Magnetventil bei Kraftstoffeinspritzpumpen eingesetzt, so resultie­ ren aus dem Wiederöffnen des Ventilglieds infolge seines Prellens unzulässig große Mengenstreuungen der eingespritzten Kraftstoffmen­ ge. Zwar kann das Ventilprellen auch durch die durch den Stand der Technik bekannte Maßnahme der elastischen Kopplung zwischen Anker und Ventilglied gemildert werden, indem im Moment des Anliegens des Ventilgliedes auf seinem Ventilsitz eine gleichbleibende Schließ­ kraft zur Wirkung kommt, doch ist ein solches Ventil noch verbesse­ rungsbedürftig. Insbesondere kann es bei diesem Ventil auch zu Schwingbewegungen der Koppelfeder kommen.

Vorteile der Erfindung

Das Magnetventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Zusammendrückvorgang der Koppelfeder nach Abheben des Stützteils von seinem Anschlag durch den Bund gedämpft erfolgt, so daß die Krafterhöhung in Schließrichtung unmittelbar nach Auftreffen der Dichtfläche des Ven­ tilgliedes auf dem Ventilsitz verzögert erfolgt und entsprechend die Prellneigung des Ventilschließgliedes weiter verringert wird.

Das Ventilglied hat bei der Öffnungsbewegung eine kurze Flugzeit, weil der Anker und das Koppelglied vor der Mitnahme des Ventilteils vorbeschleunigt wurden. Dadurch ist der Einfluß von Strömungskräften am Ventilsitz auf die Bewegung des Ventilglieds klein und damit sind auch die Mengenstreuungen des eingespritzten Kraftstoffs klein.

Durch die in den nachfolgenden Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patent­ anspruch 1 angegebenen Magnetventils dargestellt. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist mit der von Patentanspruch 2 gegeben, bei der in einfacher Weise das Stützteil durch den Bund am Ventil­ glied gebildet wird. In vorteilhafter Weise ist damit das Ventil­ glied in Öffnungsrichtung starr mit dem Koppelglied gekoppelt, so daß unter Einwirkung der Öffnungskraft ein sicheres Wiederöffnen des Ventils erzielt wird. In vorteilhafter Weise kann gemäß Ausgestal­ tung nach Anspruch 4 der Fluidteil vom Elektromagnetteil getrennt werden, so daß das Fluid die Funktionsfähigkeit des Elektromagneten nicht beeinflußt. Diese Trennung erfolgt vorteilhafterweise durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 6.

Beschreibung

Die Erfindung ist anhand der Figur, die ein Ausführungsbeispiel dar­ stellt, näher erläutert. Die Figur zeigt das Magnetventil im Längs­ schnitt. Dieses weist ein zweiteiliges Ventilgehäuse 1 auf, beste­ hend aus einem metallischen Ventilblock 2 und einer daraufgesetzten Kappe 3. Die Kappe überdeckt eine Ausnehmung 4 in der Stirnseite des Ventilblocks 2, die mit einem Innengewinde 5 versehen ist und von der axial eine Führungsbohrung 6 durch den Ventilblock führt. Dabei ist diese Führungsbohrung 6 als Stufenbohrung ausgeführt mit einem Stufenbohrungsteil 8 von reduziertem Durchmesser, der am Übergang zur Führungsbohrung 6 eine konische Schulter aufweist und dort einen Ventilsitz 9 bildet. Der Austritt des Stufenbohrungsteils 8 aus dem Ventilblock 6 mündet in einen Auffangraum 10, der in einem unteren, mit dem Ventilblock 6 dicht verbundenen Deckel 11 gebildet ist, von welchem ein Leckanschluß 12 abführt. Der Auffangraum 10 ist über ei­ ne parallel zur Führungsbohrung 6 liegende Ausgleichsbohrung 14 mit der Ausnehmung 5 verbunden.

In die Führungsbohrung 6 mündet über eine erste Ringnut 16 in der Führungsbohrungswand auf der zur Ausnehmung 4 liegenden Seite des ringförmigen Ventilsitzes 9 hin eine Fluidleitung 17, die z. B. von einem Pumpenarbeitsraum einer Kraftstoffeinspritzpumpe herführen kann. Axial darunter im Stufenbohrungsteil 8 ist eine zweite Ring­ nut 18 vorgesehen, von der der weiterführende Teil der Fluidlei­ tung 17 abführt.

In der Führungsbohrung 6 ist ein Ventilschließglied 20 dicht ver­ schiebbar, das hohlzylindrisch ausgeführt ist und an seinem Umfang eine Ringschulter 21 mit einer Dichtfläche aufweist, die in dichter Anlage an den Ventilsitz 9 bringbar ist. Das hohlzylindrische Ven­ tilglied ist zur Seite des Auffangraumes hin offen und weist zur Seite der Ausnehmung hin einen nach innen ragenden Bund 23 auf, der durch eine Koppelfeder 24 auf den Kopf 25 einer von der Seite des Auffangraumes 10 her in das Ventilschließglied 20 eingebrachten Schraube 26 gedrückt wird. Die Schraube 26 ist in ein Koppelglied 28 axial eingeschraubt, das im ausnehmungsseitigen Teil der Führungs­ bohrung dichtgleitend geführt ist und mit seiner zum Ventilglied weisenden Stirnseite 29 innerhalb der Führungsbohrung 6 der Anlage eines Federtellers 30 der sich hier abstützenden Koppelfeder 24 dient. Über die Einschraubtiefe der Schraube 26 wird somit die Vor­ spannung der Koppelfeder definiert, mit der diese das Ventilglied 20 am Kopf 25 der Schraube hält.

Das Koppelglied ragt in die Ausnehmung 4 hinein und weist dort einen Dämpfungsbund 32 auf, der mit seiner zum Ventilglied weisenden Stirnfläche 33 in Anlage an die Stirnfläche 34 der Ausnehmung 4 bringbar ist. Das Koppelglied 28 ist mehrteilig ausgeführt und weist eine axiale, von der Seite der Ausnehmung her eintretende Gewinde­ sackbohrung 36 auf, in die ein Anker 37 eingeschraubt ist und dabei den inneren Rand 38 einer Tellerfeder fest und dicht einspannt. Die Tellerfeder ist dabei zur Seite der Stirnfläche 34 der Ausnehmung 4 hin mit Dichtmaterial beschichtet. Statt einer Tellerfeder kann auch eine Federscheibe mit ausgestanzten Federarmen verwendet werden und es kann auf der dem Ventilglied zugewandten Seite der Feder oder der Scheibe eine Dichtscheibe oder Membran vorgesehen werden. Der äußere Rand der Dichtscheibe oder der beschichteten Tellerfeder liegt an einer Rundschnurdichtung 41 an, die in einer Ausnehmung 42 in der Stirnfläche 34 eingebettet ist. Eine in das Gewinde 5 der Ausnehmung eingeschraubte Ringschraube 44 greift dazu auf der der Rundschnur­ dichtung 41 abgewandten Seite des äußeren Randes 40, an.

In der Kappe ist koaxial zur Führungsbohrung 6 ein Elektromagnet 46 mit einer Spule 47 und einem Magnetkern 48 eingesetzt, der mit dem Anker 37 zusammenwirkt.

Die Tellerfeder 39 oder die Dichtscheibe bzw. Membran unterteilen die Ausnehmung 4 in einen magnetseitigen Raum 50 und einen ventil­ gliedseitigen Raum 51, der nun gegenüber dem magnetseitigen Raum dicht abgeschlossen ist, so daß dieser und der Auffangraum leckendes Fluid, z. B. Kraftstoff, aufnehmen kann, der über Leckanschluß 12 abgeführt werden kann. Damit wird der Elektromagnet frei von Kraft­ stoff gehalten, der unter Umständen korrosiv an den Metallteilen wirken kann und die Funktionstüchtigkeit des Elektromagneten beein­ flussen könnte. Die Ausgleichsbohrung 14 gewährleistet die freie Beweglichkeit der Feder und des Koppelglieds mit Ventilglied 20. Die Stirnseite des Kerns 48 ist mit einer dünnen Metallschicht überzo­ gen, so daß sich unabhängig von der an der Koerzitivfeldstärke eine kleine Resonanzkraft ergibt und eine robuste Anschlagfläche am Magnetkern erzielt wird.

Durch die Tellerfeder, die stärker ist als die Koppelfeder 24, wird das Ventilglied 20 in der gezeigten Schließstellung gehalten oder nach Abfall des Magneten in diese Schließstellung gebracht. Dabei ist das Ventilglied 20 geringfügig vom Kopf 25 abgehoben, so daß die Schließkraft der Tellerfeder 39 über die Koppelfedervorspannung auf das Schließglied 20 gelangt. Soll das Magnetventil geöffnet werden, wird die Wicklung 47 erregt und der Anker 37 demzufolge angezogen, entgegen der Kraft der Tellerfeder 39, die sich an der Ringschraube 44 abstützt. Bei diesem Vorgang kommt der Bund 23 des Schließglie­ des 20 wieder in Anlage an den Kopf 25 und wird durch diesen zusam­ men mit dem Anker 37 und dem mit diesem starr verbundenen Koppel­ glied 38 mitgenommen. Die Schulter 21 des Ventilglieds hebt dann vom Sitz 9 ab und erlaubt über eine umfangsseitige Ausnehmung 53 am Ven­ tilschließglied 20 zur Seite des Auffangraumes 10 hin eine Durch­ flußverbindung zwischen den Teilen der Fluidleitung 17. Das Ventil­ schließglied ist dabei im wesentlichen druckausgeglichen. Soll das Magnetventil in Schließstellung gebracht werden, so wird die Erre­ gung des Elektromagneten unterbrochen, und es führt die Tellerfe­ der 39 die Schließbewegung durch. Dabei bewegt sich zunächst das Koppelglied 28 mit der Tellerfeder in Schließrichtung zusammen mit dem Ventilglied 20, bis dieses in Anlage auf den Ventilsitz 9 kommt. In der Folgebewegung hebt der Bund 23 vom Kopf 25 ab, so daß die Koppelfeder komprimiert wird und der Schließkraftanstieg, der auf das Schließglied wirkt, durch die Erhöhung der Vorspannung der Kop­ pelfeder bestimmt ist. In diesem Bereich nähert sich der Dämpfungs­ bund 32 der Stirnseite 34, so daß die Bewegung in Schließrichtung des Koppelglieds 25 gedämpft verlangsamt wird und die Schließkraft entsprechend gedämpft erhöht wird, bis ihr Endwert bei Anlage des Dämpfungsbundes 32 an der Stirnseite 34 erreicht ist. Damit wird ein sicheres Schließen des Magnetventils erreicht und vermieden, daß das Ventilglied bei stoßartiger Kraftbeaufschlagung und damit Rückpral­ len vom Ventilsitz während des Schließvorgangs kurzzeitig wieder öffnet. Die bewegte Masse wird durch die elastische Kopplung zwi­ schen Koppelglied 28 und Schließglied 20 kleingehalten, und es kann aus diesem Grund auch die Dämpfungsfläche am Dämpfungsbund 32 in ge­ nügender Größe ausgebildet werden. Die Dämpfung wird verbessert durch die Tatsache, daß in dem ventilgliedseitigen Raum eine Kraft­ stoffüllung vorliegt, die der Verdrängung durch den Dämpfungsbund 32 einen größeren Widerstand als z. B. Luft entgegensetzt.

Bei dem ausgeführten Beispiel dienten als Schließkraft die Rück­ stellkraft der Tellerfeder 39. Ausführungsbeispiele sind möglich, wenn als Schließkraft die Magnetkraft entgegen einer in Öffnungs­ richtung wirkenden Öffnungsfeder verwendet wird. Das Prinzip der Erfindung ist anhand des Ausführungsbeispiels gezeigt und kann in verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht werden. So können Schließfeder oder Öffnungsfeder und Magnet auch an verschiedenen Seiten des Ventilschließgliedes zum Angriff kommen bei entsprechen­ der Variation des konstruktiven Aufbaus. Eine umgekehrt eingespannte Tellerfeder kann z. B. in Öffnungsrichtung wirken und ein umgedreht angeordneter Elektromagnet mit axialer Durchführung einer Betäti­ gungsstange in Schließrichtung wirken.

Claims (8)

1. Magnetventil zur Steuerung der Durchflußöffnung einer Verbin­ dungsleitung (17), die insbesondere als Fluid Kraftstoff führt, mit einem Ventilgehäuse (1) und einer darin angeordneten Führungsboh­ rung (6, 8), in der ein von einem Anker (37) des Elektromagne­ ten (46) des Magnetventils betätigbares Ventilglied (20) verschieb­ bar gelagert ist, daß mit einer an einer Schulter (21) vorgesehenen Dichtfläche in Anlage an einem die Durchflußöffnung umgebenden Ven­ tilsitz (9) unter Einwirkung einer Schließkraft bringbar ist und un­ ter Einwirkung einer Öffnungskraft wieder davon abhebbar ist, wobei die Schließkraft mit dem Ventilglied über ein Koppelglied (28) ge­ koppelt ist, das eine Koppelfeder (24) aufweist, die sich einerseits an dem Koppelglied und andererseits an einem relativ zum Kpppelglied und zusammen mit dem Ventilglied beweglichen Stützteil (23) ab­ stützt, das durch die Koppelfeder in Anlage an einen Anschlag (25) am Koppelglied bringbar und bei in Schließstellung befindlichem Ven­ tilglied (20) davon abgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (28) in einer Führungsbohrung (6) geführt ist und einen Dämpfungsbund (32) aufweist, dessen in Richtung Ventilsitz weisende Stirnfläche (33) in Anlage an einer zu dieser parallelen Anlage­ fläche (34) am Ventilgehäuse (2) bringbar ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (20) hohlzylindrisch ausgebildet ist mit einer kegelför­ mig verlaufenden Schulter (21) am Umfang und einem nach innen ragen­ den Bund (23), an dem auf der einen Seite die Koppelfeder (24) und auf der anderen Seite der Anschlag in Form eines Kopfes (25) am Ende eines durch die vom Bund umgebene Öffnung des Ventilgliedes (20) ge­ führten, mit dem Koppelglied (28) verbundenen Schaftes zur Anlage bringbar ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft mit dem Koppelglied (28) verschraubt ist.

4. Magnetventil nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrung (6) der Führung des Ventilglieds (20) und des Koppelglieds (28) dient und in Räume (51, 10) mündet, die über eine Ausgleichsbohrung (14) miteinander verbunden sind und gegenüber dem Elektromagneten (46) abgedichtet sind.

5. Magnetventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schließkraft von einer vorgespannten Fe­ der (39) erzeugt wird, entgegen der als Öffnungskraft die Kraft des Elektromagneten bei seiner Erregung wirkt und das Koppelglied (28) Teil des Ankers (37) des Elektromagneten ist.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ der eine den einen auf der Seite des Elektromagneten angeordneten Raum (51), in dem die Führungsbohrung (6) mündet, dicht ver­ schließende Tellerfeder ist, die mittig zwischen einem als Anker dienenden Teil (37) und dem Koppelglied (38) innen eingespannt ist und am äußeren Rand (40) zwischen einem Stützteil (44) und einer Dichtung (41) eingespannt ist.

7. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine auf der Seite des Elektromagneten angeordnete Raum (51) zum Elektromagneten hin durch eine Dichtscheibe oder eine Membran ver­ schlossen ist.

8. Magnetventil nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft durch Erregung des Elektroma­ gneten erzeugt wird, der das Schließglied (20) gegen eine in Öff­ nungsrichtung wirkende Feder bewegt.