DE102011006828A1

DE102011006828A1 - Ventil zum Zumessen eines Mediums

Info

Publication number: DE102011006828A1
Application number: DE201110006828
Authority: DE
Inventors: Martin Maier; Florian Dirscherl; Kai von Garnier; Wilfried Aichele; Juergen Lander
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Es wird ein Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere ein Einspritzventil für ein Fluid, angegeben, das einen Ventilsitzträger (11) und einen den Ventilsitzträger (11) endseitig abschließenden, eine mit Medium gefüllte Ventilkammer (15) begrenzenden Ventilsitzkörper (12) mit Zumessöffnung (13) und Ventilsitz (14) aufweist. Zur Gewinnung eines sehr preiswerten Einspritzventils für Einzylinder-Motoren mit der Möglichkeit, in einfacher Weise vorgesetzte Abspritzpunkte des Ventils zu realisieren, ist der Ventilsitzkörper (12) als topfförmiges Kunststoffteil (16) mit Topfboden (161) und Topfmantel (162) ausgeführt, in dessen Topfboden (161) Zumessöffnung (13) und Ventilsitz (14) eingeformt sind und dessen Topfmantel (162) den Ventilsitzträger (11) endseitig übergreift und auf diesem festgelegt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere einem Einspritzventil für ein Fluid, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekanntes Brennstoffeinspritzventil ( DE 199 32 763 A1 ) weist ein metallisches Ventilgehäuse auf, in dem ein aus diesem vorstehender, hülsen- oder rohrförmiger Ventilsitzträger festgelegt ist. Der Ventilsitzträger ist an seinem freien, gehäusefernen Ende mit einem metallischen Ventilsitzkörper abgeschlossen, in den eine von einem Ventilsitz umschlossene Ventil- oder Zumessöffnung zentral eingebracht ist. Zum Freigeben und Schließen der Ventilöffnung wirkt mit dem Ventilsitz der Schließkopf einer von einem Elektromagneten betätigten Ventilnadel zusammen, wobei der Schließkopf mittels einer Ventilschließfeder auf den Ventilsitz aufgepresst und mittels des Elektromagneten vom Ventilsitz abgehoben wird. Der Ventilsitzkörper begrenzt eine im Ventilsitzträger vorhandene, mit Brennstoff gefüllte Ventilkammer, die mit einem am ventilsitzkörperfernen Ende des Ventilgehäuses angeordneten Brennstoffzufluss in Verbindung steht. Auf der von der Ventilkammer abgekehrten Seite des Ventilsitzkörpers ist eine Spritzlochscheibe mit mindestens einem von der Ventilöffnung ausgehenden Spritzloch angeordnet. Ventilsitzkörper und Spritzlochscheibe sind fest mit dem Ventilsitzträger verschweißt.
Bei einem bekannten Einspritzventil zur Kraftstoffeinspritzung ( DE 10 2004 033 280 A1 ) sind Ventilgehäuse und Ventilsitzträger einstückig aus Kunststoff hergestellt. Der Ventilsitzkörper ist ebenfalls aus Kunststoff gefertigt. Der Ventilsitzkörper ist mittels Laserstrahlschweißen mit dem Kunststoff-Ventilsitzträger verbunden. Ventilöffnung und Ventilsitz werden beim Spritzen des Ventilsitzkörpers mit ausgeformt. Eine aus Metall bestehende Spritzlochscheibe ist mit einem federnden Ringbereich versehen, der vorgespannt ist und sich mit seiner Ringkante in der Innenwand des Kunststoff-Ventilsitzkörpers verbeißt.
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil ( DE 36 17 015 A1 ) weist ein hülsenförmiges, metallisches Ventilgehäuse auf, dessen eines Stirnende mit einem im Querschnitt T-förmigen, metallischen Ventilsitzträger abgeschlossen ist. Der Ventilsitzträger liegt mit seinem Querteil an einer ringförmigen Schulter des Ventilgehäuses an und ist mittels Umbördelung des Gehäuseendes festgelegt. Zentral in den Ventilsitzträger ist ein mit Ventilöffnung und Ventilsitz versehener Ventilsitzkörper, hier Einsatz genannt, eingesetzt. Der Ventilsitzkörper besteht aus einem elastischen Material, dessen Elastizität mindestens so groß ist, dass auch bei normaler Bearbeitung eines mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Schließkopfes einer Ventilnadel eine absolute Dichtheit zwischen Ventilsitz und Schließkopf bei geschlossenem Ventil gewährleistet ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil hat den Vorteil, ein insbesondere für Einzylinder-Motoren sehr preiswertes Einspritzventil für Kraftstoff zu sein, da bei diesem Motortyp kunststoffbedingte größere Toleranzen, z. B. durch Wärmedehnung, keine nennenswerte Funktionsnachteile mit sich bringen. Durch die Verwendung eines kraftstoffverträglichen Kunststoffs, wie z. B. Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polymid (PI), die alle eine geringe Quellung aufweisen, entfallen gegenüber der Metallausführung des Ventilsitzkörpers aufwendige Nachbearbeitungsprozesse, wie Härten, Schleifen oder Honen. Ventilöffnung und Ventilsitz werden beim Spritzen des Ventilsitzkörpers gleich mit ausgeformt. Durch die Elastizität des Kunststoffs wird im Schließzustand des Ventils eine gute Dichtheit gewährleistet. Die topfförmige Gestaltung des Ventilsitzkörpers ermöglicht durch eine einfache Längenänderung des Topfmantels Anforderungen an vorgesetzte Abspritzpunkte des Ventils zu erfüllen. In den Zumessöffnung und Ventilsitz aufweisenden Topfboden können bei der Herstellung des Kunststoffteils zu der Zumessöffnung führende Strömungsnuten eingeformt werden, so dass das bekannte Anschleifen des mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Schließkopfs des Ventilglieds, um den Kraftstoff am Schließkopf vorbeizuführen, entfallen kann. Zudem können durch eine beim Herstellprozess des Kunststoffteils einfach zu gestaltende, angepasste Form des Topfmantels dem Ventilsitzkörper weitere Aufgaben zugewiesen werden. Z. B. ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung an den Topfmantel ein Radialflansch angeformt, der zur Sicherung und Anlage eines für den Einbau des Ventils in den Motor erforderlichen Dichtungs- oder Anschlagsrings dient. Ebenso kann durch die Gestaltung des Topfmantels und/oder eine Anpassung im Topfboden der Geräuschentwicklung im Ventilbetrieb entgegengewirkt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen eines Mediums,
2 einen vergrößerten Längsschnitt eines modifizierten Ventilsitzkörpers für das Ventil gemäß 1.
Das in 1 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen eines Mediums wird bevorzugt als Einspritzventil für Kraftstoff bei einem Einzylinder-Motor eingesetzt. Das Ventil weist einen hülsenförmigen Ventilsitzträger 11 auf, der endseitig von einem Ventilsitzkörper 12 abgeschlossen ist. Der Ventilsitzkörper 12 weist eine Abspritz- oder Zumessöffnung 13 und einen die Zumessöffnung 13 umschließenden Ventilsitz 14 auf und begrenzt eine mit dem Medium gefüllte Ventilkammer 15 innerhalb des Ventilsitzträgers 11. Der Ventilsitzkörper 12 ist ein Kunststoffteil 16 mit einem Topfboden 161 und einem Topfmantel 162. In den Topfboden 161 sind Zumessöffnung 13 und Ventilsitz 14 eingeformt, und der Topfmantel 162 übergreift den Ventilsitzträger 11 endseitig und ist mit diesem fest verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kunststoffteil 16 als Spritzgussteil hergestellt und auf das freie Ende des Ventilsitzträgers 11 aufgeschoben. Die feste Verbindung zwischen Topfmantel 162 und Ventilsitzträger 11 wird entweder durch Kleben oder durch Heißsiegeln hergestellt. Alternativ kann das Kunststoffteil 16 auch unmittelbar an das freie Ende des Ventilsitzträgers 11 angespritzt werden, wobei der auf den Endabschnitt des Ventilsitzträger aufgespritzte Kunststoffmantel 162 eine Haftung auf dem Ventilsitzträger 11 herstellt. Um die Haftung zu verbessern, wird der Endabschnitt des Ventilsitzträgers 11 einer Vorbehandlung unterzogen, z. B. einer Behandlung mit einem Ultrakurzpuls-(UKP-)Laser oder Beizen oder Aufbringen eines Silan-Haftvermittlers.
Der Ventilsitzträger 11 ist in einem Ventilgehäuse 17 festgelegt. Das Ventilgehäuse 17 ist ein Kunststoffgehäuse und umschließt ein Zulaufrohr 18 für das Medium, einen Abschnitt des Ventilsitzträgers 11 und teilweise einen den Ventilsitzträger 11 umgebenden Magnettopf 19 eines Elektromagneten 20. Der Ventilsitzträger 11 ragt mit einem Vorstehabschnitt aus dem Magnettopf 19 heraus. Das den Ventilsitzkörper 12 bildende, auf dem Ventilsitzträger 11 sitzende Kunststoffteil 16 ist so ausgeführt, dass sein Topfboden 161 die Stirnseite des hülsenförmigen Ventilsitzträgers 11 überdeckt und sein Topfmantel 162 den Vorstehabschnitt des Ventilsitzträgers 11 bis hin zum Magnettopf 19 umgibt. Das Zulaufrohr 18 taucht in das vom Ventilsitzkörper 12 abgekehrte Ende des hülsenförmigen Ventilsitzträgers 11 ein und ist mit diesem fest verbunden. Im Ventilsitzträger 11 ist ein Magnetkern 21 und ein dazu fluchtender Magnetanker 22 des Elektromagnete 20 aufgenommen. Magnetkern 21 und Magnetanker 22 sind hohlzylindrisch ausgebildet und bilden zwischen ihren einander zugekehrten ringförmigen Stirnseiten den Arbeitsluftspalt des Elektromagneten 20 aus. Im Bereich von Magnetkern 21 und Magnetanker 22 ist außen auf den Ventilsitzträger 11 eine Magnetspule 23 des Elektromagneten 20 aufgesetzt, die in dem am Ventilsitzträger 11 angebundenen Magnettopf 19 aufgenommen ist. Der hohlzylindrische Magnetanker 22 ist einstückig mit einem hohlzylindrischen Ventilglied 24 ausgebildet, das an seinem dem Ventilsitzkörper 12 zugekehrten Ende mit einem kugelförmigen Schließkopf 25 abgeschlossen ist. Der Schließkopf 25 wird mittels einer Ventilschließfeder 26, die sich einerseits am Ventilglied 24 und andererseits an einem Justierglied 27 abstützt, auf den Ventilsitz 14 des Ventilsitzkörpers 12 aufgepresst. Das Justierglied 27 ist hohlzylindrisch und kann zur Einstellung der Schließkraft der Ventilschließfeder 26 im Magnetkern 21 axial verschoben und in Justierpostion festgelegt werden. Das von der Ventilschließfeder 26 abgekehrte offene Ende des Justierglieds 27 ist von einem Filtertopf 28 abgedeckt. Im Bereich der Ventilkammer 15 weist das Ventilglied 24 mindestens eine Öffnung 29 auf, so dass die Ventilkammer 15 über die Öffnung 29, das hohle Ventilglied 24, den hohlen Magnetkern 21, das hohlzylindrische Justierglied 27 und den Filtertopf 28 mit dem vom Medium beaufschlagten Zulaufrohr 18 in Verbindung steht.
Das den Ventilsitzkörper 12 bildende Kunststoffteil 16 weist noch einen bei der Herstellung an den Topfmantel 162 einstückig angeformten Radialflansch 30 auf, der zur Anlage für einen zum Einbau des Ventils in den Motor erforderlichen Dichtungsring 31 und/oder Anschlagring dient und bei der Ventilmontage das Abfallen des auf den Topfmantel 162 des Kunststoffteils 16 bereits aufgesetzten Dichtungsrings 31 und/oder Anschlagrings verhindert.
Auf der von der Ventilkammer 15 abgekehrten Stirnseite des Topfbodens 161 des Kunststoffteils 16 ist eine metallische Spritzlochscheibe 32 mit mindestens einem Spritzloch 33 so aufgeklebt, dass das mindestens eine Spritzloch 33 einlassseitig innerhalb der Zumessöffnung 13 liegt.
Der in 2 dargestellte Ventilsitzkörper 12 ist ebenfalls als Kunststoffteil 16 im Spritzgussverfahren hergestellt. Er ist gegenüber dem in 1 dargestellten Ventilsitzkörper 12 insofern modifiziert, als mindestens ein von der Zumessöffnung 13 ausgehendes Spritzloch 33 im Kunststoffteil 16, und zwar in dessen Topfboden 161, angeordnet ist, so dass auf eine separate Spritzlochscheibe, wie sie in 1 dargestellt ist, verzichtet werden kann. Vorteilhaft wird das mindestens eine Spritzloch 33 beim Spritzprozess mit ausgeformt. Werden jedoch größere Anforderungen an Strahlwinkeltoleranzen und Tröpfchengröße des Ventils gestellt, so wird das mindestens eine Spritzloch 33 durch Bohren oder Stanzen in den Topfboden 161 des spritzgegossenen Kunststoffteils 16 eingearbeitet. Soll das Spritzloch 33 keine – wie dargestellt – zylindrische, sondern eine freie Lochform, z. B. eine konische Form, aufweisen, so wird zum Bohren des Spritzlochs 33 ein Ultrakurzpuls-Laser verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19932763 A1 [0002]
DE 102004033280 A1 [0003]
DE 3617015 A1 [0004]

Claims

Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere Einspritzventil für ein Fluid, mit einem Ventilsitzträger (11) und einem den Ventilsitzträger (11) endseitig abschließenden, eine mit Medium gefüllte Ventilkammer (15) begrenzenden Ventilsitzkörper (12), der eine Zumessöffnung (13) und einen die Zumessöffnung (13) umschließenden Ventilsitz (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzkörper (12) ein topfförmiges Kunststoffteil (16) mit Topfboden (161) und Topfmantel (162) ist, in dessen Topfboden (161) Zumessöffnung (13) und Ventilsitz (14) eingeformt sind und dessen Topfmantel (162) den Ventilsitzträger (11) endseitig übergreift und mit dem Ventilsitzträger (11) fest verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfmantel (162) des Kunststoffteils (16) auf das freie Ende des Ventilsitzträgers (11) aufgeschoben und die feste Verbindung mit dem Ventilsitzträger (11) durch Kleben hergestellt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfmantel (162) des Kunststoffteils (16) auf das freie Ende des Ventilsitzträgers (11) aufgeschoben und die feste Verbindung mit dem Ventilsitzträger (11) durch Heißsiegeln hergestellt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (16) als Spritzgussteil hergestellt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (16) mit seinem Topfmantel (162) unmittelbar an das freie Ende des Ventilsitzträgers (11) angespritzt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Topfmantel (162) des Kunststoffteils (16) ein Radialflansch (30) einstückig angeformt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an das Kunststoffteil (16) eine Spritzlochscheibe (32) mit mindestens einem Spritzloch (33) so angesetzt ist, dass das mindestens eine Spritzloch (33) in der Zumessöffnung (13) mündet und dass die Spritzlochscheibe (32) auf der von der Ventilkammer (15) abgekehrten Außenseite des Topfbodens (161) aufgeklebt ist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlochscheibe (32) aus Metall ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Topfboden (161) des Kunststoffteils (16) mindestens ein von der Zumessöffnung (13) ausgehendes Spritzloch (33) eingeformt oder eingebohrt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzträger (11) in einem Ventilgehäuse (17) festgelegt ist und mit seinem vom Ventilsitzkörper (12) abgeschlossenen Ende aus einem vom Ventilgehäuse (17) teilweise umschlossenen Magnettopf (19) eines Elekromagneten (20) mit einem Vorstehabschnitt herausragt und dass der Topfmantel (162) des Kunststoffteils (16) den Vorstehabschnitt des Ventilsitzträgers (11) vollständig bis hin zum Magnettopf (19) übergreift.