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EP2016277B1 - Magnetventil mit stoffschlüssiger ankerverbindung - Google Patents

Magnetventil mit stoffschlüssiger ankerverbindung Download PDF

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Publication number
EP2016277B1
EP2016277B1 EP07726734A EP07726734A EP2016277B1 EP 2016277 B1 EP2016277 B1 EP 2016277B1 EP 07726734 A EP07726734 A EP 07726734A EP 07726734 A EP07726734 A EP 07726734A EP 2016277 B1 EP2016277 B1 EP 2016277B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
switching element
hydraulic switching
circumference
bolt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP07726734A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2016277A1 (de
Inventor
Nestor Rodriguez-Amaya
Matthias Schnell
Friedrich Boecking
Markus Rueckle
Philippe Allio
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2016277A1 publication Critical patent/EP2016277A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2016277B1 publication Critical patent/EP2016277B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
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    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0635—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004—Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0043—Two-way valves

Definitions

  • DE 196 50 865 A1 refers to a solenoid valve whose magnet armature is designed in several parts and has an armature disk and an anchor bolt.
  • the anchor bolt is guided in a slider.
  • a damping device is provided on the armature. With such a device exactly the required short switching times of the solenoid valve can be maintained.
  • the solenoid valve is intended for use in injection systems with a high-pressure accumulator injection system (common rail).
  • the anchor plate is guided on the anchor bolt.
  • the armature plate is acted on the one hand by a return spring and on the other hand secured by a shim, which is inserted in a recess on the circumference of the anchor bolt.
  • An armature assembly is proposed in which an anchor plate is attached via a guide pin on the anchor bolt.
  • the guide pin is guided in a formed on the guide portion of the anchor plate on the anchor bolt elongated hole, so that the anchor plate with respect to the circumferential surface surface of the anchor bolt is added play.
  • WO 96/17166 A discloses an anchor produced by MIM (Metal Injection Molding) process.
  • Solenoid valves are used as actuators for cost and space reasons on high-pressure accumulator injection systems (common rail).
  • the magnetic circuit of a solenoid valve consists of a magnetic coil received within a magnetic core and an armature which is connected to the switching element to be moved. There are several possibilities for the connection between the armature and the switching element.
  • the anchor bolt of the anchor plate can be mounted over the already mentioned lock washer. Due to the inevitable play between the lock washer, a recess in the end face of the anchor plate and the recess made on the circumference of the anchor bolt for receiving the lock washer, there are adverse effects on the dynamics of the solenoid valve.
  • an armature plate belonging to the magnetic circuit of the magnetic valve by means of the MIM technique (Metal Injection Molding) between an anchor bolt or a switching element which directly releases or closes a pneumatic hydraulic connection.
  • MIM Metal Injection Molding
  • at least one recess in the form of a groove or groove are attached to the circumference of an anchor bolt, for example, or on the circumference of a hydraulic switching element in the region of the connection point with the anchor plate.
  • the recesses can be made in the region of the opening of the anchor plate, which are penetrated by the anchor bolt or by the hydraulic switching element, complementary to the outer geometry of the circumference of the anchor bolt or the hydraulic switching element.
  • the geometry on the outer peripheral surface of the anchor bolt or the hydraulic switching element can be easily manufactured in the output part with low tolerances.
  • the residual air gap required for solenoid valves can be adjusted in the MIM tool and is created during metal injection molding, i. H. during the injection of a melt of a metallic material, without the need for reworking such as regrinding to adjust the residual air gap at the face of the anchor plate when joined to the anchor bolt or hydraulic switching element via the MIM process.
  • the armature plate is formed as part of the magnetic circuit with respect to the end face, which is usually designed plan, the anchor bolt or the hydraulic switching element reset, so that a step between the end face of the anchor plate passing through the anchor bolt and the hydraulic switching element results, which defines the residual air gap between the end face of the armature plate opposite the magnetic core and the front of the armature plate opposite magnetic core.
  • the material of the anchor bolt or the hydraulic switching element can be optimally selected according to the wear point.
  • a magnetic material is preferably selected in order to apply high magnetic forces and to avoid eddy current losses.
  • openings or recesses can be formed in arbitrary geometry to reduce the mass and for flow optimization, which can be formed without reworking the anchor plate.
  • connection between the anchor bolt or a hydraulic switching element and the integrally formed armature plate absorbs the acceleration forces which occur when the hydraulic switching element or the anchor bolt engages with the closing element received upon impact with the seat.
  • the hydraulic switching element or the anchor bolt engages with the closing element received upon impact with the seat.
  • the use of the MIM method advantageously makes it possible to form a metallic component made of a metallic material on a component which is made of a different material, so that the individual components to be joined together take into account respectively optimized material properties matched to the application branch can be selected.
  • the representation according to FIG. 1 is a pressure balanced 2/2-valve refer, with a fuel injector is actuated and the armature assembly comprises an anchor plate and an anchor bolt or a hydraulic switching element and the anchor plate is integrally formed by means of a MIM connection to the anchor bolt.
  • a fuel injector 10 which is only partly shown here, has an injector body 12.
  • the fuel injector 10 includes a solenoid valve 14.
  • the solenoid valve 14 includes a magnet pot 16 in which a solenoid coil 22 is received.
  • the magnet pot 16 is traversed by a passage opening 18, which serves to receive a closing spring 20.
  • an armature assembly 24 which includes an anchor plate 26.
  • the anchor plate 26 may either be integrally formed on an anchor bolt or formed on a hydraulic switching element 28.
  • the attachment between the anchor plate 26 and the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 takes place by means of an MIM connection 30 (Metal-Injected Molding).
  • the anchor bolt 28 or the hydraulic switching element 28 of the armature assembly 24 is received in a bore 32 of the injector body 12.
  • the anchor plate 26 of the armature assembly 24 is connected to a hydraulic switching element 28
  • the lower end face of the hydraulic switching element 26 cooperate with a seat 36 formed in the injector body 12.
  • a hydraulic chamber 40 into which, for example, a pressure relief line 38 is provided for pressure relief of an injection valve of the fuel injector 10 actuated control chamber.
  • the anchor plate 26 which is integrally formed on the circumference of the anchor bolt 28 or a hydraulic switching element 28, attracted by the solenoid 22 and the seat 36 is opened at the lower end face of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28. This creates a pressure relief of the hydraulic chamber 40, so that a control amount via the discharge line 38, the hydraulic chamber 40 and the open seat 36 can flow into a low-pressure side return 34 of the injector 12.
  • Figure 2.1 can be removed that the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 has a circumference 52.
  • the armature disk 36 of the anchor hole 24 is formed on the periphery 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28.
  • there is an outer contour 44 In the area in which the armature disk 36 of the anchor hole 24 is formed on the periphery 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28, there is an outer contour 44.
  • a positive connection 46 is produced by the formation of the anchor plate 26 on the anchor bolt 28 or the hydraulic switching element 28 when forming the anchor plate 26.
  • the armature plate 26 of the armature assembly 24 is formed on the periphery 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28, that between the end face 50 of the armature disk 26 and the end face of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28, a supernatant 48 results the residual air gap between the end face 50 of the armature disk 26 and the lower end face of the magnet coil 22 enclosed by the magnetic core 16 is defined.
  • the anchor plate 26 is formed by means of the MIM method to form a MIM connection 30 on the anchor bolt 28, wherein the Nachbearbeitungsaufwand takes a minimum.
  • armature assembly 24 is located between the end face 50 of the anchor plate 26 and the end face of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28, a projection 48, which in the assembled state of the armature assembly 24, the residual air gap between the end face 50 of the anchor plate 26 and the end face of Magnetic coil 22 enclosed by the magnetic pot 16 is defined.
  • Figure 2.3 shows a further embodiment of an MIM connection having armature assembly.
  • a collar 58 is embodied on the circumference 52 of the anchor bolt 28 or of the hydraulic shift element 28.
  • the raised above the circumference 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 projecting collar 58 forms during molding of the anchor plate 26 has a correspondingly configured recess on the inside of the armature plate 26.
  • the supernatant 48 is set between the end face of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 and the end face 50 of the anchor plate 26 in the MIM tool so that in the formation of the anchor plate 26 on the anchor bolt 28 and the hydraulic Switching element 28 by corresponding axial arrangement of the collar 58, a residual air gap between the armature plate 26 and the magnetic coil 22 results.
  • FIG. 2.4 a variant embodiment of the invention proposed anchor assembly is shown in which at the periphery 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 at least one undercut 60 is executed.
  • the undercut 60 on the periphery 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 is in the molding of the anchor plate 26 by means of the MIM method of the material from which the anchor plate 26 is made, surrounded. It forms a positive connection 46 between the anchor plate 26 and the anchor bolt 28 or the hydraulic switching element 28, which also withstands high acceleration forces.
  • the in the Figures 2.1 to 2.4 illustrated embodiments of the armature assembly 24 are all characterized by an MIM connection 30 between the anchor plate 26 and the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28.
  • the outer contour 44 of the circumference 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 can be easily made in the output part of the low demands on the tolerances.
  • the formation of the residual air gap is adjusted by appropriate dimensioning of the supernatant 48 between the end face 50 of the anchor plate 26 and the end face of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 in the MIM tool and the MIM process, ie the injection or the introduction of a liquid metallic Material, produced during the manufacture of the MIM connection 30 during the molding of the anchor plate 26.
  • the armature plate 26 to be formed on the anchor bolt 28 or of the hydraulic shift element 28 is optimally selected with regard to the magnetic properties of the material.
  • to reduce the mass of the anchor plate 26 may be provided with through holes, through holes or recesses, on the one hand, a reduction in the mass of the anchor plate 26 achievable is and with which on the other hand, a flow of controlled from the control room tax amount can be optimized.
  • FIG. 3 shows the inventively proposed armature assembly on an outwardly opening valve (A-valve).
  • the fuel injector 10 includes in the injector 12, in which the solenoid valve 14 is received.
  • the armature assembly 24 as shown in FIG. 3 includes the anchor plate 26 which is positively connected via a MIM connection 30 with the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28. At the periphery of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28, a seat surface is formed, which cooperates with the seat 36 of the injector 12.
  • the armature assembly 24 as shown in FIG. 3 opens when energizing the solenoid 22, which is enclosed by the magnetic pot 16, to the outside.
  • a circumferential taper 66 is formed on the circumference 52 of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28, in the region of the relief line 38 for pressure relief of a in FIG. 3 not shown, but formed in the injector 12 control chamber opens.
  • the seat 36 is opened when the magnet coil 22 is energized and the armature assembly 24 is moved upwards, the control volume flows via the relief line 38, the cavity formed by the circumferential taper 66 on the circumference of the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 and the opened seat 36, respectively low-pressure side return 34 from.
  • Another return over the guide leakage is located at the lower end of the bore 32 in the injector body 12, in which the anchor bolt 28 and the hydraulic switching element 28 is guided narrow tolerances.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the inventively proposed anchor assembly on a sleeve valve.
  • the representation according to FIG. 4 is the fuel injector 10 can be seen, which has a sleeve valve to relieve the pressure of a discharge line 38 of a control chamber in the injector 12.
  • the armature assembly 24 includes in this embodiment a valve sleeve 68 which is joined to the anchor plate 26 via an MIM connection 30. Within the valve sleeve 38 is acted upon by the closing spring 20 cylindrical valve body 70th added. About the closing spring 20 of the cylindrically shaped valve body 70 is acted upon.
  • the end face 50 of the armature plate 26 is tightened, so that the valve sleeve 68 lifts off from the seat 36 at the top of the injector body 12.
  • an orifice 74 of the discharge line 38 of the control chamber formed in the injector body 12 is depressurized, since a biting edge 76, which is formed on the lower end face of the valve sleeve 68, is lifted off the plan side of the injector body 12.
  • the discharge point 74 of the discharge channel 38 may, for example, in a dome-shaped elevation 72 on the plan side of the injector body 12 of the fuel injector 10 according to the embodiment in FIG. 4 lead.

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Description

    Stand der Technik
  • DE 196 50 865 A1 bezieht sich auf ein Magnetventil, dessen Magnetanker mehrteilig ausgebildet ist und eine Ankerscheibe sowie einen Ankerbolzen aufweist. Der Ankerbolzen ist in einem Gleitstück geführt. Um ein Nachschwingen der Ankerscheibe nach einem Schließen des Magnetventils zu vermeiden, ist am Magnetanker eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Mit einer solchen Einrichtung sind exakt die erforderlichen kurzen Schaltzeiten des Magnetventils einhaltbar. Das Magnetventil ist bestimmt zur Anwendung bei Einspritzanlagen mit einem Hochdruckspeichereinspritzsystem (Common-Rail). Als nächste Lösung aus DE 196 50 865 A1 ist die Ankerplatte am Ankerbolzen geführt. Die Ankerplatte ist einerseits durch eine Rückholfeder beaufschlagt und andererseits durch eine Einstellscheibe gesichert, die in einer Ausnehmung am Umfang des Ankerbolzens eingelegt ist.
  • Gemäß der Lösung aus DE 199 32 781 A1 wird eine Ankerbaugruppe vorgeschlagen, bei der eine Ankerplatte über einen Führungsbolzen am Ankerbolzen befestigt wird. Der Führungsbolzen ist in einem am Führungsabschnitt der Ankerplatte am Ankerbolzen ausgebildeten Langloch geführt, so dass die Ankerplatte in Bezug Umfangsfläche Oberfläche des Ankerbolzens spielbehaftet aufgenommen ist.
  • WO 96/17166 A offenbart einen mittels MIM - Verfahren (Metal Injection Molding) hergestellten Anker.
  • Magnetventile werden als Aktor aus Kosten- und Bauraumgründen an Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common-Rail) eingesetzt. Der Magnetkreis eines Magnetventils besteht aus einer innerhalb eines Magnetkerns aufgenommenen Magnetspule und einem Anker, der mit dem zu bewegenden Schaltelement verbunden ist. Für die Verbindung zwischen dem Anker und dem Schaltelement bestehen mehrere Möglichkeiten. Gemäß DE 196 50 865 A1 kann der Ankerbolzen der Ankerplatte über die bereits erwähnte Sicherungsscheibe montiert werden. Aufgrund des unvermeidlichen Spiels zwischen der Sicherungsscheibe, einer Ausnehmung in der Stirnseite der Ankerplatte sowie der am Umfang des Ankerbolzens gefertigten Ausnehmung zur Aufnahme der Sicherungsscheibe, ergeben sich nachteilige Auswirkungen auf die Dynamik des Magnetventils.
  • Bei einteilig ausgebildeten Ankerbaugruppen, bei denen die Ankerplatte und der Ankerbolzen aus ein und demselben Werkstoff gefertigt werden, besteht der Nachteil, dass der ausgewählte Werkstoff einen Kompromiss zwischen zu beachtenden Verschleißanforderungen und der Magnetkreisauslegung des Magnetkreises darstellt. Formschlüssige zweiteilige Lösungen einer Ankerbaugruppe, bei der die Ankergruppe eine relativ zum Ankerbolzen bewegbare Ankerplatte aufweist, liegen im Aufpressen der Ankerplatte auf den Ankerbolzen oder in der Herstellung einer Schälniet-Verbindung zwischen der Ankerplatte und der Umfangsfläche des Ankerbolzens. Der Nachteil dieser Lösung liegt in den hohen Anforderungen an die Feingeometrie der Bauteile Ankerplatte und Ankerbolzen vor den formschlüssigen Verbindungen. Eine Verbindungsmöglichkeit einer zweiteiligen Ankerbaugruppe zwischen Ankerplatte und Ankerbolzen ist auch durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren wie zum Beispiel das Schweißen oder das Kleben gegeben. Die Nachteile dieser Verbindungsmöglichkeiten liegen einerseits in der umständlichen Montage, andererseits in der geringen erzielbaren Festigkeit sowie schließlich in der nur beschränkten Genauigkeit, in der eine solche Verbindung hergestellt werden kann.
  • Bei zweiteilig ausgebildeten Ankerbaugruppen, d. h. der Ausbildung der Ankerbaugruppen aus zwei separaten Baugruppen, nämlich Ankerplatte und Ankerbolzen, besteht im Allgemeinen der Vorteil, dass die Werkstoffe für den Magnetkreis, d. h. der Werkstoff der Ankerplatte und der Werkstoff der Dichtfunktion, welche der Ankerbolzen übernimmt, auf die jeweilige Anforderung optimal ausgewählt werden können. Deswegen wird angestrebt, unter Berücksichtigung der oben stehend geschilderten Randbedingungen, zweiteilige Ankerbaugruppen einzusetzen, die den jeweiligen Funktionen entsprechend, optimal hinsichtlich des Werkstoffes ausgewählt sind.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zwischen einem Ankerbolzen oder einem Schaltelement, welches eine pneuhydraulische Verbindung unmittelbar freigibt oder verschließt, eine zum Magnetkreis des Magnetventils gehörende Ankerplatte im Wege der MIM-Technik (Metal-Injection Molding) auszubilden. Dazu werden am Umfang eines Ankerbolzens zum Beispiel oder am Umfang eines hydraulischen Schaltelementes im Bereich der Verbindungsstelle mit der Ankerplatte zum Beispiel mindestens eine Ausnehmung in Gestalt einer Rille oder Nut angebracht. Die Ausnehmungen können im Bereich der Öffnung der Ankerplatte, welche vom Ankerbolzen bzw. vom hydraulischen Schaltelement durchsetzt werden, komplementär zur Außengeometrie des Umfangs des Ankerbolzens oder des hydraulischen Schaltelementes gefertigt werden.
  • Die Geometrie an der Außenumfangsfläche des Ankerbolzens bzw. des hydraulischen Schaltelementes kann einfach im Ausgangsteil mit geringen Anforderungen an die Toleranzen hergestellt werden. Der bei Magnetventilen hinsichtlich der Funktion erforderliche Restluftspalt kann im MIM-Werkzeug eingestellt werden und entsteht während des Metal-Injection Molding, d. h. während des Einspritzens einer Schmelze eines metallischen Materials, ohne dass erforderliche Nacharbeiten wie zum Beispiel ein Nachschleifen zur Einstellung des Restluftspaltes an der Stirnseite der Ankerplatte erforderlich sind, wenn diese mit dem Ankerbolzen oder dem hydraulischen Schaltelement über das MIM-Verfahren gefügt ist. Idealerweise wird die Ankerplatte als Bestandteil des Magnetkreises in Bezug auf die Stirnseite, die in der Regel plan ausgeführt ist, des Ankerbolzens bzw. des hydraulischen Schaltelementes zurückgesetzt ausgebildet, so dass sich eine Stufe zwischen der Stirnseite des die Ankerplatte durchsetzenden Ankerbolzens bzw. des hydraulischen Schaltelementes ergibt, welche den Restluftspalt zwischen der Stirnseite der dem Magnetkern gegenüberliegenden Ankerplatte und der Stirn des der Ankerplatte gegenüberliegenden Magnetkerns definiert.
  • Der Werkstoff des Ankerbolzens bzw. des hydraulischen Schaltelementes kann nach Verschleißgesichtspunkten optimal ausgewählt werden. Für die Ankerplatte wird bevorzugt ein magnetischer Werkstoff gewählt, um hohe Magnetkräfte aufzubringen und Wirbelstromverluste zu vermeiden. In der Ankerplatte können Öffnungen oder Aussparungen in beliebig wählbarer Geometrie zur Verringerung der Masse und zur Strömungsoptimierung angeformt werden, die ohne Nachbearbeitung der Ankerplatte ausgebildet werden können. Über derartige Öffnungen oder Aussparungen kann in einem Kraftstoffinjektor aus einem druckentlastbaren Steuerraum abgesteuertes Steuervolumen einem niederdruckseitigen Rücklauf ohne größere Strömungswiderstände zuströmen, für den Fall, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Magnetventil an einem Kraftstoffinjektor eingesetzt wird, dessen das Magnetventil aufnehmender Hohlraum als niederdruckseitigen Rücklauf zur Absteuerung aus dem Steuerraum abgesteuerten Kraftstoffsteuermenge dient.
  • Die im Wege des MIM-Verfahrens hergestellte Verbindung zwischen dem Ankerbolzen oder einem hydraulischen Schaltelement und der angeformten Ankerplatte nimmt die beim Auftreffen des hydraulischen Schaltelementes bzw. des Ankerbolzens mit daran aufgenommenem Schließelement, beim Auftreffen auf den Sitz auftretenden Beschleunigungskräfte auf. Je nach Herstellungsprozess und Beträge der auftretenden Beschleunigungskräfte können mehrere Ausnehmungen, Nuten oder ein Bund oder mehrere Bünde oder eine Geometrie mit Hinterschnitt am Ankerbolzen bzw. am hydraulischen Schaltelement und komplementär dazu an der inneren Mantelfläche der die Ankerplatte durchsetzenden Öffnung oder Bohrung ausgebildet werden, so dass die Beschleunigungskräfte zuverlässig aufgenommen werden. Der Einsatz des MIM-Verfahrens gestattet in vorteilhafter Weise das Ausbilden eines metallischen Bauteils aus einem metallischen Werkstoff, an einem Bauteil, welches aus einem davon verschiedenen Material gefertigt ist, so dass die miteinander zu fügenden Einzelbauteile unter Berücksichtigung jeweils optimierter, auf den Einsatzzweig abgestimmter Werkstoffeigenschaften ausgewählt werden können.
    • Zeichnung
    • Figur 1
    zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verbindung in innerhalb einer Ankerbau- gruppe an einem druckausgeglichenen 2=2-Ventil,
    Figuren 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4
    verschiedene Ausführungsvarianten der MIM-Verbindung der Ankerbaugruppe,
    Figur 3
    der Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anker- baugruppe an einem nach außen öffnenden Ventil (A- Ventil),
    Figur 4
    der Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen MIM- Verbindung innerhalb einer Ankerbaugruppe an einem Hül- senventil.
    Ausführungsvarianten
  • Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein druckausgeglichenes 2/2-Ventil zu entnehmen, mit dem ein Kraftstoffinjektor betätigbar ist und dessen Ankerbaugruppe eine Ankerplatte und einen Ankerbolzen bzw. ein hydraulisches Schaltelement aufweist und die Ankerplatte mittels einer MIM-Verbindung am Ankerbolzen angeformt ist.
  • Der Darstellung gemäß Figur 1 ist entnehmbar, dass ein hier nur teilweise dargestellter Kraftstoffinjektor 10 einen Injektorkörper 12 aufweist. Der Kraftstoffinjektor 10 umfasst ein Magnetventil 14. Das Magnetventil 14 umfasst einen Magnettopf 16, in dem eine Magnetspule 22 aufgenommen ist. Der Magnettopf 16 wird von einer Durchgangsöffnung 18 durchzogen, die zur Aufnahme einer Schließfeder 20 dient.
  • Unterhalb des Magnettopfes 16 befindet sich eine Ankerbaugruppe 24, die eine Ankerplatte 26 umfasst. Die Ankerplatte 26 kann entweder an einem Ankerbolzen angeformt oder an einem hydraulischen Schaltelement 28 angeformt sein. Die Befestigung zwischen der Ankerplatte 26 und dem Ankerbolzen 28 bzw. dem hydraulischen Schaltelement 28 erfolgt im Wege einer MIM-Verbindung 30 (Metal-Injected Molding).
  • Der Ankerbolzen 28 bzw. das hydraulische Schaltelement 28 der Ankerbaugruppe 24 ist in einer Bohrung 32 des Injektorkörpers 12 aufgenommen. Je nach Ausführungsvariante kann zum Beispiel für den Fall, dass die Ankerplatte 26 der Ankerbaugruppe 24 mit einem hydraulischen Schaltelement 28 verbunden ist, die untere Stirnseite des hydraulischen Schaltelementes 26 mit einem im Injektorkörper 12 ausgebildeten Sitz 36 zusammenwirken. Im Injektorkörper 12 befindet sich ein hydraulischer Raum 40, in den zum Beispiel eine Druckentlastungsleitung 38 zur Druckentlastung eines ein Einspritzventil des Kraftstoffinjektors 10 betätigenden Steuerraumes erfolgt.
  • Bei Bestromung des in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektors 10 wird die Ankerplatte 26, die am Umfang des Ankerbolzens 28 oder eines hydraulischen Schaltelementes 28 angeformt ist, durch die Magnetspule 22 angezogen und der Sitz 36 an der unteren Stirnseite des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 geöffnet. Dadurch entsteht eine Druckentlastung des hydraulischen Raumes 40, so dass eine Steuermenge über die Entlastungsleitung 38, den hydraulischen Raum 40 und den geöffneten Sitz 36 in einen niederdruckseitigen Rücklauf 34 des Injektors 12 abströmen kann.
  • Wird die Bestromung der Magnetspule 22 hingegen aufgehoben, so wird die Ankerbaugruppe 24 durch die vom Magnettopf 16 umschlossene Schließfeder 20 in den Sitz 36 gedrückt, so dass die Strömungsverbindung zwischen der den Steuerraum entlastenden Entlastungsleitung 38 und den niederdruckseitigen Rücklauf 34 durch den geschlossenen Sitz 36 im Injektorkörper 12 unterbrochen ist.
  • Den Darstellungen gemäß der Figuren 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 sind Ausführungsvarianten der MIM-Verbindung innerhalb einer Ankerbaugruppe zu entnehmen.
  • Figur 2.1 ist entnehmbar, dass der Ankerbolzen 28 bzw. das hydraulische Schaltelement 28 einen Umfang 52 aufweist. In dem Bereich, in dem am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 die Ankerscheibe 36 der Ankerbohrung 24 angeformt wird, befindet sich eine Außenkonturierung 44. Je nach gewählter Konfiguration der Außenkonturierung 44 am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28, ergibt sich eine formschlüssige Verbindung 46 der Ankerplatte 26 mit dem Ankerbolzen 28 oder dem hydraulischen Schaltelement 28. Mit dem MIM-Verfahren wird bei Anformung der Ankerplatte 26 eine formschlüssige Verbindung 46 durch die Anformung der Ankerplatte 26 am Ankerbolzen 28 oder dem hydraulischen Schaltelement 28 erzeugt. Bevorzugt wird die Ankerplatte 26 der Ankerbaugruppe 24 so am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 angeformt, dass sich zwischen der Stirnseite 50 der Ankerscheibe 26 und der Stirnseite des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 ein Überstand 48 ergibt, der den Restluftspalt zwischen der Stirnseite 50 der Ankerscheibe 26 und der unteren Stirnseite der vom Magnetkern 16 umschlossenen Magnetspule 22 definiert.
  • Während für die Ankerplatte 26 bevorzugt ein magnetischer Werkstoff gewählt wird, um hohe Magnetkräfte und geringe Wirbelstromverluste zu erhalten, wird der Werkstoff, aus dem der Ankerbolzen 28 bzw. das hydraulische Schaltelement 28 gefertigt wird, ein Werkstoff gewählt, der hinsichtlich eines optimalen Verschleißes optimiert ausgewählt ist. Die Ankerplatte 26 wird im Wege des MIM-Verfahrens unter Ausbildung einer MIM-Verbindung 30 am Ankerbolzen 28 angeformt, wobei der Nachbearbeitungsaufwand ein Minimum annimmt.
  • Der Darstellung gemäß Figur 2.2 ist eine alternative Ausführungsvariante der MIM-Verbindung einer Ankerbaugruppe 24 zu entnehmen.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 2.2 geht hervor, dass am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 eine Umfangsnut 54 verläuft. Komplementär zur Tiefe der Umfangsnut 54 am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 bildet sich bei der Anformung der Ankerplatt 26 ein Vorsprung 56 aus. Nach dem Ausformen der Ankerplatte 26 ergibt sich zwischen dem Vorsprung 56 und der Umfangsnut 54 am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 die MIM-Verbindung 30. Diese Bauteile sind miteinander formschlüssig gefügt.
  • Auch in der in Figur 2.2 dargestellten Ausführungsvariante der Ankerbaugruppe 24 befindet sich zwischen der Stirnseite 50 der Ankerplatte 26 und der Stirnseite des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 ein Überstand 48, welcher im montierten Zustand der Ankerbaugruppe 24 den Restluftspalt zwischen der Stirnseite 50 der Ankerplatte 26 und der Stirnseite der vom Magnettopf 16 umschlossenen Magnetspule 22 definiert.
  • Figur 2.3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer eine MIM-Verbindung aufweisenden Ankerbaugruppe.
  • Gemäß dieser Ausführungsvariante ist am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 ein Bund 58 ausgeführt. Der erhaben über den Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 hervorstehende Bund 58 bildet beim Anformen der Ankerplatte 26 eine entsprechend konfigurierte Ausnehmung an der Innenseite der Ankerplatte 26. Auch in der in Figur 2.3 dargestellten Ausführungsvariante der Ankerbaugruppe 24 wird der Überstand 48 zwischen der Stirnseite des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 und der Stirnseite 50 der Ankerplatte 26 im MIM-Werkzeug eingestellt, so dass sich bei der Anformung der Ankerplatte 26 am Ankerbolzen 28 bzw. am hydraulischen Schaltelement 28 durch entsprechende Axialanordnung des Bundes 58 ein Restluftspalt zwischen der Ankerplatte 26 und der Magnetspule 22 ergibt.
  • In Figur 2.4 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ankerbaugruppe dargestellt, bei welcher am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 mindestens ein Hinterschnitt 60 ausgeführt ist. Der Hinterschnitt 60 am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 wird beim Anformen der Ankerplatte 26 im Wege des MIM-Verfahrens vom Material, aus dem die Ankerplatte 26 hergestellt wird, umgeben. Es bildet sich eine formschlüssige Verbindung 46 zwischen der Ankerplatte 26 und dem Ankerbolzen 28 oder dem hydraulischen Schaltelement 28 aus, die auch hohen Beschleunigungskräften standhält.
  • Die in den Figuren 2.1 bis 2.4 dargestellten Ausführungsvarianten der Ankerbaugruppe 24 zeichnen sich allesamt durch eine MIM-Verbindung 30 zwischen der Ankerplatte 26 und dem Ankerbolzen 28 bzw. dem hydraulischen Schaltelement 28 aus. Die äußere Konturierung 44 des Umfangs 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 kann einfach im Ausgangsteil die geringen Anforderungen an die Toleranzen hergestellt werden. Die Ausbildung des Restluftspaltes wird durch entsprechende Dimensionierung des Überstandes 48 zwischen der Stirnseite 50 der Ankerplatte 26 und der Stirnseite des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 im MIM-Werkzeug eingestellt und beim MIM-Prozess, d. h. dem Einspritzen oder dem Einbringen eines flüssigen metallischen Materials, im Rahmen der Herstellung der MIM-Verbindung 30 beim Anformen der Ankerplatte 26 erzeugt. Während der Werkstoff des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 hinsichtlich der Verschleißeigenschaften optimal ausgelegt ist, wird die am Ankerbolzen 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 anzuformende Ankerplatte 26 hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes optimiert gewählt. Wenn auch in den Figuren 2.1 bis 2.4 nicht dargestellt, kann zur Reduzierung der Masse der Ankerplatte 26 diese mit Durchgangsöffnungen, Durchgangsbohrungen oder Aussparungen versehen werden, mit der einerseits eine Verringerung der Masse der Ankerplatte 26 erzielbar ist und mit denen andererseits ein Abfließen von aus dem Steuerraum abgesteuerter Steuermenge optimiert werden kann.
  • Figur 3 zeigt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ankerbaugruppe an einem nach außen öffnenden Ventil (A-Ventil).
  • Der Darstellung gemäß Figur 3 ist entnehmbar, dass der Kraftstoffinjektor 10 im Injektorkopf 12 umfasst, in dem das Magnetventil 14 aufgenommen ist. Die Ankerbaugruppe 24 gemäß der Darstellung in Figur 3 umfasst die Ankerplatte 26, die über eine MIM-Verbindung 30 mit dem Ankerbolzen 28 bzw. dem hydraulischen Schaltelement 28 formschlüssig verbunden ist. Am Umfang des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 ist eine Sitzfläche ausgebildet, die mit dem Sitz 36 des Injektorkörpers 12 zusammenwirkt. Die Ankerbaugruppe 24 gemäß der Darstellung in Figur 3 öffnet bei Bestromung der Magnetspule 22, die vom Magnettopf 16 umschlossen ist, nach außen. Hierzu ist am Umfang 52 des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 eine Umfangsverjüngung 66 ausgebildet, in deren Bereich die Entlastungsleitung 38 zur Druckentlastung eines in Figur 3 nicht dargestellten, jedoch im Injektorkörper 12 ausgebildeten Steuerraumes mündet. Wird der Sitz 36 bei Bestromung der Magnetspule 22 und Aufwärtsbewegung der Ankerbaugruppe 24 geöffnet, strömt das Steuervolumen über die Entlastungsleitung 38, den durch die Umfangsverjüngung 66 am Umfang des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 gebildeten Hohlraum und den geöffneten Sitz 36, in den niederdruckseitigen Rücklauf 34 ab. Ein weiterer Rücklauf, über den Führungsleckage abgeführt wird, liegt am unteren Ende der Bohrung 32 im Injektorkörper 12, in dem der Ankerbolzen 28 bzw. das hydraulische Schaltelement 28 eng toleriert geführt ist. Der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 lässt sich ferner entnehmen, dass die obere Stirnseite des Ankerbolzens 28 bzw. des hydraulischen Schaltelementes 28 mit einem Anschlag 62 zusammenwirkt, der den Öffnungshub der Ankerbaugruppe 24 begrenzt. In der Darstellung gemäß Figur 3 ist der Hubanschlag 62 an der unteren Stirnseite des Magnettopfes 16 ausgebildet.
  • Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ankerbaugruppe an einem Hülsenventil.
  • Der Darstellung gemäß Figur 4 ist der Kraftstoffinjektor 10 zu entnehmen, der zur Druckentlastung einer Entlastungsleitung 38 eines Steuerraumes im Injektorkörper 12 ein Hülsenventil aufweist. Die Ankerbaugruppe 24 umfasst in dieser Ausführungsvariante eine Ventilhülse 68, die mit der Ankerplatte 26 über eine MIM-Verbindung 30 gefügt ist. Innerhalb der Ventilhülse 38 ist ein über die Schließfeder 20 beaufschlagter zylindrischer Ventilkörper 70 aufgenommen. Über die Schließfeder 20 ist der zylindrisch ausgeführte Ventilkörper 70 beaufschlagt.
  • Bei Bestromung der Magnetspule 22 des Magnettopfes 16 wird die Stirnseite 50 der Ankerplatte 26 angezogen, so dass sich die Ventilhülse 68 vom Sitz 36 an der Oberseite des Injektorkörpers 12 abhebt. Dadurch wird eine Mündung 74 der Entlastungsleitung 38 des im Injektorkörper 12 ausgebildeten Steuerraumes druckentlastet, da eine Beißkante 76, die an der unteren Stirnfläche der Ventilhülse 68 ausgebildet ist, von der Planseite des Injektorkörpers 12 abgehoben ist. Die Mündungsstelle 74 des Entlastungskanals 38 kann zum Beispiel in einer domförmigen Erhebung 72 an der Planseite des Injektorkörpers 12 des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Ausführungsvariante in Figur 4 münden. Ist die Beißkante 76 der Ventilhülse 68 von der domförmigen Erhebung 72 zurückgestellt, strömt die aus dem Entlastungskanal 38 abströmende Steuermenge seitlich in Richtung eines niederdruckseitigen Rücklaufes 34 aus dem Injektorkörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 ab.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Ankerbaugruppe (24) für ein Magnetventil (14), welches eine bestrombare Magnetspule (22) enthält, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
    a) am Umfang (52) eines Ankerbolzens (28) oder eines hydraulischen Schaltelementes (28) wird eine Außenkonturierung (44; 54, 58, 60) erzeugt,
    b) im Bereich der Außenkonturierung (44, 54, 58, 60) wird eine Ankerplatte (26) im Wege des MIM-Verfahrens (Metal-Injected Molding) ausgebildet.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt a) am Umfang (52) des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) mindestens eine Nut (54) oder eine Rille ausgebildet werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt a) am Umfang (52) des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) mindestens ein Bund (58) oder ein Hinterschnitt (60) ausgeführt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) zwischen dem Material der Ankerscheibe (26) und der Außenkonturierung (44; 54, 58, 60) des Umfangs (52) des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) eine formschlüssige Verbindung erzeugt wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) zwischen der Stirnseite des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) und einer Stirnseite (50) der Ankerplatte (26) ein einem Restluftspalt definierender Überstand (48) erzeugt wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) in der Ankerscheibe (26) Durchgangsöffnungen oder Aussparungen erzeugt werden.
  7. Ankerbaugruppe (24) für ein Magnetventil (14) mit einer Ankerplatte (26) und einem Ankerbolzen (28) oder einem hydraulischen Schaltelement (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (26) im Bereich einer Außenkonturierung (44; 54, 58, 60) am Umfang (52) des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) im Wege des MIM-Verfahrens angeformt ist.
  8. Ankerbaugruppe (24) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang (52) des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) mindestens eine Rille oder mindestens eine nutförmige Vertiefung (54) aufweist.
  9. Ankerbaugruppe (24) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang (52) des Ankerbolzens (28) oder des hydraulischen Schaltelementes (28) mindestens eine, erhaben über den Umfang (52) hervorstehende Erhebung (58, 60) ausgeführt ist.
  10. Ankerbaugruppe (24) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (26) aus einem magnetischen Werkstoff und der Ankerbolzen (28) oder das hydraulische Schaltelement (28) aus einem verschleißoptimierten Material gefertigt sind.
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