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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigbaren
Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 38 25 134 A1 ist
bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das ein elektromagnetisches
Betätigungselement mit einer Magnetspule, mit einem Innenpol
und mit einem äußeren Magnetkreisbauteil und einen
bewegbaren Ventilschließkörper, der mit einem
einem Ventilsitzkörper zugeordneten Ventilsitz zusammenwirkt,
umfasst. Das Einspritzventil ist von einer Kunststoffumspritzung
umgeben, wobei sich die Kunststoffumspritzung vor allen Dingen in
axialer Richtung den als Innenpol dienenden Anschlussstutzen und
die Magnetspule umgebend erstreckt. Mindestens in dem die Magnetspule
umgebenden Bereich sind in der Kunststoffummantelung Magnetfeldlinien
leitende ferromagnetische Füllstoffe eingebracht. Die Füllstoffe
umgeben insofern die Magnetspule in Umfangsrichtung. Bei den Füllstoffen
handelt es sich um feinkörnig zerkleinerte Teile von Metallen
mit weichmagnetischen Eigenschaften. Die magnetisch im Kunststoff
eingebetteten kleinen Metallpartikel haben eine mehr oder weniger
globulare Form und sind für sich magnetisch isoliert und
haben somit keinen metallischen Kontakt untereinander, so dass es
zu keiner wirksamen Magnetfeldausbildung kommt. Dem positiven Aspekt
eines dabei entstehenden sehr hohen elektrischen Widerstands steht
dabei aber auch ein extrem hoher magnetischer Widerstand entgegen,
der sich in einem deutlichen Kraftverlust niederschlägt
und somit die in der Gesamtbilanz negativen Funktionseigenschaften
bestimmt.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare
Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den
Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig
ein effektiver Magnetkreis im Ventil ausgebildet ist. Erfindungsgemäß zeichnet
sich das Ventil dadurch aus, dass in der Kunststoffumspritzung des
Ventils Metallfäden integriert sind. Gegenüber
bekannten Ventilen, insbesondere Brennstoffeinspritzventilen, mit
einem äußeren Magnetkreisbauteil besitzt die erfindungsgemäße
Lösung den Vorteil, dass auf wenigstens ein Bauteil verzichtet
werden kann. Außerdem entfallen die gesamten Probleme,
die bei der Herstellung eines solchen äußeren
Magnetkreisbauteils eine Rolle spielen, wie z. B. bei der Reinigung,
dem evtl. magnetischen Glühen, Transport, Montage, Befestigung (z.
B. Schweißen). Insofern liegt eine Vereinfachung und eine
damit verbundene Kostenreduzierung im Aufbau der Magnetkreise von
elektromagnetisch betätigbaren Ventilen gegenüber
Ventilen mit äußeren Magnetbauteilen unter Beibehaltung
der Funktion vor. Außerdem sind kleinere Luftspalte und
größere Überdeckungslängen im
Kontaktbereich mit den inneren Bauteilen de Magnetkreises vorhanden.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen elektromagnetisch betätigbaren Ventils möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, in der Kunststoffumspritzung ausgerichtete Metallfäden
anzuordnen. Dies wird dadurch möglich, dass während
des Kunststoffspritzvorgangs ein zusätzliches Magnetfeld
erzeugt wird. Durch das gleichzeitig angelegte äußere Magnetfeld
richten sich die Metallfäden in Richtung des Magnetfeldes
aus, und es kommt zu einem Kontakt der einzelnen Metallfäden.
Dadurch wird der magnetische Widerstand deutlich reduziert, wodurch
ein großer magnetischer Fluss übertragen wird.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
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1 ein
elektromagnetisch betätigbares Ventil,
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2 eine
erste Detailansicht der Kunststoffumspritzung des Ventils und
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3 eine
zweite Detailansicht der Kunststoffumspritzung des Ventils.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Das
in der 1 beispielhaft dargestellte, elektromagnetisch
betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Innenpol
und teilweise als Brennstoffdurchfluss dienenden weitgehend rohrförmigen
Kern 2. Anstelle eines die Magnetspule 1 außen
umgebenden ferromagnetischen Ventilmantels, der bei bekannten Brennstoffeinspritzventilen
als Außenpol bzw. äußeres Magnetkreisbauteil
dient, besitzt das Ventil eine Vielzahl von Metallfäden 5.
Die Magnetspule 1, der Kern 2 und die Metallfäden 5 bilden
zusammen ein elektrisch erregbares Betätigungselement.
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Während
die in einem Spulenkörper 3 eingebettete Magnetspule 1 eine
Ventilhülse 6 von außen umgibt, ist der
Kern 2 in einer inneren, konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 verlaufenden Öffnung 11 der
Ventilhülse 6 eingebracht. Die z. B. ferritische Ventilhülse 6 ist
lang gestreckt und dünnwandig ausgeführt. Die Öffnung 11 dient
auch als Führungsöffnung für eine entlang
der Ventillängsachse 10 axial bewegliche Ventilnadel 14.
Die Ventilhülse 6 erstreckt sich in axialer Richtung
z. B. über mehr als die Hälfte der axialen Gesamterstreckung
des Brennstoffeinspritzventils.
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Neben
dem Kern 2 und der Ventilnadel 14 ist in der Öffnung 11 des
weiteren ein Ventilsitzkörper 15 angeordnet, der
an der Ventilhülse 6 z. B. mittels einer Schweißnaht 8 befestigt
ist. Der Ventilsitzkörper 15 weist eine feste
Ventilsitzfläche 16 als Ventilsitz auf. Die Ventilnadel 14 wird
beispielsweise von einem rohrförmigen Ankerabschnitt 17,
einem ebenfalls rohrförmigen Nadelabschnitt 18 und
einem kugelförmigen Ventilschließkörper 19 gebildet,
wobei der Ventilschließkörper 19 z. B.
mittels einer Schweißnaht fest mit dem Nadelabschnitt 18 verbunden
ist. An der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 15 ist
eine z. B. topfförmige Spritzlochscheibe 21 angeordnet,
deren umgebogener und umfangsmäßig umlaufender
Halterand 20 entgegen der Strömungsrichtung nach
oben gerichtet ist. Die feste Verbindung von Ventilsitzkörper 15 und
Spritzlochscheibe 21 ist z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht
realisiert. Im Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 sind
eine oder mehrere Queröffnungen 22 vorgesehen,
so dass den Ankerabschnitt 17 in einer inneren Längsbohrung 23 durchströmender Brennstoff
nach außen treten und am Ventilschließkörper 19 z.
B. an Abflachungen 24 entlang bis zur Ventilsitzfläche 16 strömen
kann.
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Die
Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise
elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 14 und
damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer an der Ventilnadel 14 angreifenden
Rückstellfeder 25 bzw. Schließen des Einspritzventils
dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1,
dem inneren Kern 2, den Metallfäden 5 und
dem Ankerabschnitt 17. Der Ankerabschnitt 17 ist
mit dem dem Ventilschließkörper 19 abgewandten
Ende auf den Kern 2 ausgerichtet.
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Der
kugelförmige Ventilschließkörper 19 wirkt
mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig
verjüngenden Ventilsitzfläche 16 des
Ventilsitzkörpers 15 zusammen, die in axialer
Richtung stromabwärts einer Führungsöffnung
im Ventilsitzkörper 15 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe 21 besitzt
wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Laserbohren
oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 27.
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Die
Einschubtiefe des Kerns 2 im Einspritzventil ist unter
anderem entscheidend für den Hub der Ventilnadel 14.
Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 14 bei nicht
erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 19 an
der Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 festgelegt, während
sich die andere Endstellung der Ventilnadel 14 bei erregter
Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankerabschnitts 17 am
stromabwärtigen Kernende ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt
durch ein axiales Verschieben des Kerns 2, der entsprechend
der gewünschten Position nachfolgend fest mit der Ventilhülse 6 verbunden
wird.
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In
eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 verlaufende
Strömungsbohrung 28 des Kerns 2, die
der Zufuhr des Brennstoffs in Richtung der Ventilsitzfläche 16 dient,
ist außer der Rückstellfeder 25 ein Einstellelement
in der Form einer Einstellhülse 29 eingeschoben.
Die Einstellhülse 29 dient zur Einstellung der
Federvorspannung der an der Einstellhülse 29 anliegenden
Rückstellfeder 25, die sich wiederum mit ihrer
gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel 14 abstützt,
wobei auch eine Einstellung der dynamischen Abspritzmenge mit der
Einstellhülse 29 erfolgt. Ein Brennstofffilter 32 ist
oberhalb der Einstellhülse 29 in der Ventilhülse 6 angeordnet.
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Eine
konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende
Strömungsbohrung 43 eines inneren Anschlussrohres 44 in
einem als Anschlussstutzen dienenden Grundkörper 42 dient
als Brennstoffeinlass und wird von dem zuströmseitigen
Ende des Brennstoffeinspritzventils aus in axialer Richtung vom Brennstoff
durchströmt. Eine hydraulische Verbindung wird beim vollständig
montierten Brennstoffeinspritzventil dadurch erreicht, dass die
Strömungsbohrungen 43 und 28 so zueinander
gebracht werden, dass ein ungehindertes Durchströmen des Brennstoffs
gewährleistet ist. Ein unteres Ende 47 des Anschlussrohres 44 ragt
zur Erhöhung der Verbindungsstabilität in die Öffnung 11 der
Ventilhülse 6 hinein.
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Große
Teile des Ventils sind von einer Kunststoffumspritzung 46 umgeben,
so dass der Kunststoff unmittelbar die Magnetspule 1, Teile
der Ventilhülse 6 und des Anschlussrohres 44 umgibt.
Die Kunststoffumspritzung 46 kann dabei auch einteilig
zusammen mit dem Grundkörper 42 ausgeformt sein.
Zu der Kunststoffumspritzung 46 bzw. dem Grundkörper 42 gehört
auch ein mitangespritzter elektrischer Anschlussstecker 56.
An ihrem dem Anschlussstecker 56 gegenüberliegenden
Ende sind die Kontaktelemente mit der Magnetspule 1 elektrisch
verbunden.
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Wie
insbesondere den 2 und 3 entnehmbar
ist, die Detailansichten der Kunststoffumspritzung 46 des
Ventils darstellen, ist die Kunststoffumspritzung 46 mit
einer Vielzahl von Metallfäden 5 bestückt.
Durch die Verwendung dieser faserartigen langgestreckten Metallfäden 5 wird über
die Kunststoffumspritzung 46 der Magnetkreis geschlossen, da
die Magnetkreislinien über die Metallfäden 5,
die insbesondere im Erstreckungsbereich der Magnetspule 1 eingebracht
sind, verlaufen. Die Metallfäden 5 sind insbesondere
aus einem ferromagnetischen Material hergestellt.
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2 verdeutlicht
eine Kunststoffumspritzung 46, in der die Metallfäden 5 vergleichsweise
ungeordnet vorliegen. Der Kunststoffspritzvorgang erfolgt ohne Einfluss
eines Magnetfeldes. Allein durch die langgestreckte Form der Metallfäden 5,
die ein Verhältnis Länge/Durchmesser > 2 bzw. >> 2 (z. B. 100:1) aufweisen, besteht eine
sehr große Wahrscheinlichkeit einer Berührung
untereinander, wodurch die Magnetfeldlinien besonders effektiv geleitet werden.
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3 verdeutlicht
eine Kunststoffumspritzung 46, in der die Metallfäden 5 ausgerichtet
angeordnet sind. Dies wird dadurch möglich, dass während
des Kunststoffspritzvorgangs ein zusätzliches Magnetfeld
erzeugt wird. Durch das gleichzeitig angelegte äußere
Magnetfeld richten sich die Metallfäden 5 in Richtung
des Magnetfeldes aus, und es kommt zu einem Kontakt der einzelnen
Metallfäden 5. Dadurch wird der magnetische Widerstand
deutlich reduziert, wodurch ein gegenüber der in 2 gezeigten
Anordnung der Metallfäden 5 größerer
magnetischer Fluss übertragen wird.
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Der
Einsatz der erfindungsgemäßen Metallfäden 5 in
einer Kunststoffumspritzung 46 ist auch an völlig
anderen Bauarten von elektromagnetisch betätigbaren Ventilen
möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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