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Stand der Technik
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DE 196 50 865 A1 bezieht
sich auf ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in
einem Steuerraum eines Einspritzventilgliedes, etwa eines Common-Rail-Einspritzsystems,
zur Versorgung von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen
mit Kraftstoff. Über den Kraftstoffdruck im Steuerraum
wird eine Hubbewegung eines Ventilkörpers gesteuert, mit
dem eine Einspritzöffnung des Einspritzventils geöffnet
oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten,
einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer
Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes
Ventilglied, das mit dem Ventilsitz des Ventilgliedes zusammenwirkend
den Kraftstoffausstoß aus dem Steuerraum steuert.
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Es
ist ein Common-Rail-Kraftstoffinjektor mit einem zweiteiligen Anker
bekannt, der durch ein Magnetventil betätigt wird. Der
Anker übt im stromlosen Falle die Schließkraft
auf eine Ventilkugel aus. Wird der Elektromagnet bestromt, bewegt
sich der Anker um den Ankerhub nach oben, entgegen der auf die Ventilkugel
wirkenden Schließkraft, so dass ein Abströmventil öffnet.
Eine Ankerführung, die fest im Injektorkörper
des Kraftstoffinjektors verschraubt ist, nimmt den Ankerbolzen auf.
Auf dem Ankerbolzen wird die Ankerplatte geführt, die ihrerseits
vom Elektromagneten angezogen wird. Der Ankerbolzen kann aufgrund
des Führungsspiels in der Ankerführung verkippen.
Die Ankerplatte ihrerseits kann auf dem Ankerbolzen verkippen, so
dass sich die Gesamtkippung der Baugruppe Ankerbolzen/Ankerplatte
in Bezug auf die Injektorhauptachse als Summe der Führungsspiele
bestimmen lässt.
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WO 03/038844 A1 bezieht
sich auf einen massereduzierten Magnetspulenträger. Es
wird eine Magnetanordnung vorgeschlagen, die eine Magnetspule umfasst,
die von einem Magnettopf umgeben ist. Die Magnetspule ist mit Kontaktfahnen
elektrisch leitend verbunden. Ein Zwischenraum zwischen der Außenseite
der Magnetspule und der Innenseite des Magnettopfes ist derart ausgebildet,
dass in diesem ein fließfähiges Material vergießbar
ist. Die Magnetspule ist von einem dünnwandigen Spulenträger
umgeben, an welchem röhrenförmige Kontaktführungselemente
angeformt sind. Der dünnwandig ausgebildete Spulenträger
ist aus einem mit materialischen Füllstoffen versetzten,
temperaturbeständigen Kunststoffmaterial gefertigt.
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DE 197 14 812 A1 bezieht
sich auf eine Magnetspule. Die Magnetspule ist von einem Wicklungsdraht
gebildet, der auf einen Wicklungsträger aufgewickelt ist.
Eine derartige Magnetspule kommt unter anderem in Magnetventilen
zum Einsatz, die in Kraftstoffpumpen von Brennkraftmaschinen zur Steuerung
der Fördermenge und des Förderverlaufes eingesetzt
werden. Im Betrieb werden die Magnetventile zumindest teilweise
von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff umströmt. Um
einen Kontakt mit dem Kraftstoff zu vermeiden, ist es erforderlich, die
Magnetspule zu kapseln. Insbesondere bei Hochdruckspeichereinspritzsystemen
(Common-Rail) oder Pumpe-Düse-Einheiten werden Magnetventile mit
extrem kurzen Schaltzeiten benötigt. Die kurzen Schaltzeiten
führen dazu, dass sich die Magnetspule im Betrieb erwärmt
und daher für eine Wärmeableitung an der Magnetspule
Sorge zu tragen ist, da deren thermische Belastung im Betrieb ungünstig
ist.
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Derzeit
werden elektrische Anschlussstecker am Ende der Montagelinie im
Wege des Kunststoffspritzgießens in der Regel durch Umspritzungen
hergestellt. Um die Ventilfunktion nicht nachteilig zu beeinflussen,
ist der Prozessdruck sehr gering zu halten. Daraus wiederum ergeben
sich Probleme hinsichtlich der Maßhaltigkeit der spritzzugießenden Kunststoffstecker.
Des Weiteren ist derzeit für jede Steckervariante ein eigenes
Spritzwerkzeug erforderlich. Dies bedeutet, dass für jeden
Steckertyp zumindest ein Spritzwerkzeug je Linie und Steckertyp vorzuhalten
ist, was nicht unerhebliche Kosten verursacht. Des Weiteren fuhrt
ein Wechsel der Spritzwerkzeuge zu Rüstkosten sowie Problemen
aufgrund eines dann diskontinuierlichen Betriebes einer Kunststoffspritzgussanlage.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, metallische Fügepartner, so zum Beispiel
das Gehäuse des Magnetventils sowie die Magnetbaugruppe,
Magnetkern und Magnetspule umfassend, mittels Klebstoff zu fügen.
Derartige Lösungen sind bisher nur aus Anwendungen ohne
Kraftstoffkontakt bekannt, so zum Beispiel aus der Elektromotorenfertigung. Werden
anstelle von UV-härtenden Klebstoffen medienresistente
Alternativprodukte als Klebstoffe eingesetzt, so ist der Einsatz
in Einspritzventilen, die Medien wie zum Beispiel Kraftstoff führen,
möglich.
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Durch
den Einsatz der Klebetechnik lässt sich die Magnetbaugruppe,
Magnetkern und Magnetspule umfassend, in ein einteilig ausgebildetes
Gehäuse fügen. Die Kombination von Formschluss,
Anpressen durch Bördeln, die ein zweiteiliges Gehäusekonzept
erforderte, kann entfallen, ferner die damit einhergehenden Prozessschritte.
Das Einsparpotenzial der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung der Klebung ergibt sich durch Reduzierung der Teileanzahl
sowie eine größere Freiheit bei der Werkstoffauswahl
und Minimierung der erforderlichen Prozessschritte.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 den
Aufbau einer bisher eingesetzten Magnetbaugruppe mit einem zweiteiligen
Gehäuse zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors,
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2 eine
Schnittdarstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung mit stoffschlüssig verklebtem Magneten
bei Einsatz an einem einteiligen Gehäuse und
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3 eine
perspektivische Darstellung des einteiligen Gehäuses.
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1 zeigt
eine Magnetbaugruppe 10, die ein Gehäuse 12 umfasst.
Das Gehäuse 12 umfasst eine Magnethülse 16 und
eine Umspritzung 18. Die Magnetbaugruppe 10 ist – abgesehen
von der Umspritzung 18 – symmetrisch zu einer
Achse 14 aufgebaut. In der Mantelfläche der Magnethülse 16 verläuft eine
Ringnut 20, in welcher ein Rastring 22 der Umspritzung 18 eingreift.
In der Magnethülse 16 ist des Weiteren ein Magnetkern 28 aufgenommen,
in welchem sich eine Magnetspule 26 befindet. Die Magnetspule 26 wird über
Kontaktierungspins 32 bestromt. Die Kontaktierungspins 32 werden
durch Durchführungen eines Gehäuseteiles 38 geführt, welches
einen Ablaufstutzen umfasst, und können zum Beispiel über
O-Ringe oder dergleichen in den Durchführungen des Gehäuseteiles 38 abgedichtet sein.
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Der
Darstellung gemäß 2 ist ein
Schnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
stoffschlüssig in einem einteiligen Gehäuse fixierte
Magnetbaugruppe zu entnehmen. Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht,
umfasst die Magnetbaugruppe 10 die Magnethülse 16,
welche durch die Umspritzung 18 verschlossen ist. Die Umspritzung 18 ist
mit einem Rastring 22 in einer Ringnut 20 an der
Außenumfangsfläche der Magnethülse 16 formschlüssig
aufgenommen. In der Magnethülse 16 der Magnetbaugruppe 10 gemäß der
Darstellung in 2 befindet sich der Magnetkern 28,
in welchen die Magnetspule 26 eingebettet ist. Die Magnetspule 26 umfasst
eine Vielzahl von Wicklungsdrähten 30, die über
elektrische Kontaktelemente, die zum Beispiel als Kontaktierungspins 32 ausgeführt
sein können, bestrombar sind. Wie aus der Schnittdarstellung gemäß 2 hervorgeht,
erstrecken sich die elektrischen Kontaktelemente 32 durch
Durchführungen 34 in der Magnethülse 16.
Im Vergleich zur Darstellung gemäß 1 sind
die Durchführungen 34 in einem reduzierten Durchmesser 60,
vergleiche perspektivische Wiedergabe in 3, ausgebildet.
Die Abdichtung zwischen den elektrischen Kontaktierungselementen 32 in
der Durchführung 34 der Magnethülse 16 wird über
eine stoffschlüssige Verbindung 50 herbeigeführt.
Die stoffschlüssige Verbindung 50 wird durch einen
viskosen Klebstoff – um ein Beispiel zu nennen – dargestellt,
der nach Einbringen in den Spalt zwischen den elektrischen Kontaktelementen 32 und
der Begrenzungswand der Durchführungen 34 durch
ein geeignetes Härtungsverfahren ausgehärtet wird.
Anstelle von UV-härtenden Klebstoffen können auch
medienresistente Alternativprodukte, die mit einem Medium wie zum
Beispiel Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, in Berührung
kommen können, eingesetzt werden. Durch eine angepasste Prozessführung
bei der Abdichtung wird sichergestellt, dass der Spalt einschließlich
eventuell vorhandener Unstetigkeiten, wie zum Beispiel Riefen oder Dellen
und dergleichen, porenfrei verfüllt wird. Daneben können
warmaushärtende Epoxyklebstoffe zum Einsatz kommen.
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Alternativ
zu viskosen Klebstoffen können zur Vereinfachung der Prozessabläufe
bei geeigneter geometrischer Ausbildung der Dichtgeometrie zwischen
den elektrischen Kontaktierungselementen 32 und der Begrenzungswand
der Durchführung 34 aufschmelzende Klebstoffe
eingesetzt werden. Für die Verklebung des Magnetkerns 28 können
Klebstoffe, die in Folienform vorliegen, eingesetzt werden. Diese werden
durch Zufuhr von Wärme und durch das Aufbringen eines Anpressdruckes
verarbeitet.
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Der
Klebstoff, aus welchem die stoffschlüssige Verbindung 50 zwischen
den elektrischen Kontaktierungselementen 32 und der Begrenzungswand
der Durchführung 34 gefertigt ist, richtet sich
nach den Eigenschaften des Mediums, sei es Wasser, Öl oder Kraftstoff
oder dergleichen, sowie der Dichtgeometrie. Dabei spielen die mögliche
Fügerichtung, die Spalt- beziehungsweise Bauteiltoleranzen
und dergleichen mehr sowie die Anforderung des Fertigungsprozesses
hinsichtlich der Taktung eine hervorgehobene Rolle.
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Die
Abdichtwirkung und die Isolationswirkung des Klebstoffes an der
stoffschlüssigen Verbindung 50 beruht bei der
Verklebung auf der stoffschlüssigen Verbindung der Füge- Partner,
d. h. des Materials der elektrischen Kontaktierungen 32 und des
Materials der Begrenzungswand der Durchführung 34 in
der Magnethülse 16. Alternativ zur Ausgestaltung
der elektrischen Kontaktelemente als relativ starre Kontaktierungspins
können auch labile Folien oder auch Kabel und dergleichen,
die eine verringerte Formstabilität im Vergleich zu Kontaktierungspins aufweisen,
eingesetzt werden. Zur Abdichtung ist kein Anpressen des Dichtelementes,
d. h. im vorliegenden Falle der Klebstoffmasse, auf die Fügepartner
notwendig. Eine Relaxation des Dichtelementes, d. h. der stoffschlüssigen
Verbindung 50, bei Einsatz eines Klebstoffes entfällt.
Der im Rahmen der stoffschlüssigen Verbindung 50 eingesetzte
Klebstoff passt sich der Oberfläche der zu fügenden
Partner an. Riefen oder ähnliche Unstetigkeiten werden
beim blasenfreien Verfüllen des Spaltes zwischen den elektrischen
Kontaktelementen 32 und dem Material der Begrenzungswand
der Durchführung 34 verfüllt und somit
abgedichtet. Sich vom Innen- zum Außenraum erstreckende
Rillen stellen gerade beim Einsatz der in 1 dargestellten
Ausführungsvariante ein Problem dar, da kritische Leckagepfade
auftreten können. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung
des Einbringens eines eine stoffschlüssige Verbindung 50 realisierenden
Klebemediums können die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der
Dichtflächen reduziert werden, was eine Kostenersparnis
mit sich bringt.
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Bei
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
wird durch die Abdichtung mittels der stoffschlüssigen
Verbindung 50 nur ein minimaler radialer Spalt von ca.
150 μm benötigt, so dass der Durchmesser der Durchgangsbohrungen,
d. h. der Durchführungen 34, im Vergleich zu den
bisherigen Lösungen kleiner gewählt werden kann
und in dem bereits erwähnten reduzierten Durchmesser 60 ausgeführt werden
kann. Für den Kraftstoffinjektor hat dies zur Folge, dass
der Bauraum reduziert wird sowie die Festigkeit des Injektorkörpers
weniger stark herabgesetzt wird. Des Weiteren können ineinander
verlaufende verschränkte Bohrungen leichter umgesetzt werden,
da der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
folgend, aufgrund der geringen Dimensionierung der Durchführungen 34 der
Freiheitsgrad hinsichtlich der Auswahl der Verschränkungswinkel
erhöht werden kann. Dies stellt einerseits einen fertigungstechnischen
Vorteil dar und andererseits erhöht dies die Hochdruckfestigkeit
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors,
da verbleibende Wanddicken zwischen den verschränkt verlaufenden
Bohrungen innerhalb des Injektorkörpers dicker ausgeführt
werden können, wodurch sich eine Verbesserung der Hochdruckfestigkeit
des Injektorkörpers des Kraftstoffinjektors ergibt.
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Die
Klebschichtdicke, die Klebelänge sowie die Oberfläche
der miteinander zu fügenden Partner, d. h. des Materials
der Durchführungen 34 und der Mantelfläche
der elektrischen Kontaktierungen, ermöglichen ein vergleichsweise
einfaches Anpassen der stoffschlüssigen Verbindung 60 an
geänderte Druckverhältnisse. Damit ist es möglich,
die stoffschlüssige Verbindung 50, die mittels
des Klebstoffs dargestellt wird, sowohl im Niederdruckbereich als auch
im Hochdruckbereich eines Kraftstoffinjektors einzusetzen.
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Anstelle
der in 2 dargestellten, als Kontaktierungspins ausgebildeten
elektrischen Kontaktelemente 32 können auch formlabile
elektrische Kontaktelemente 32, wie zum Beispiel Kabel
oder Drähte, eingesetzt werden. Des Weiteren kann statt
einer bisher ausgeführten axialen Ausrichtung der Durchführung 34 eine
radiale Orientierung derselben erfolgen, was den konstruktiven und
fertigungstechnischen Freiraum erheblich erhöht. Mit der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
kann die Durchführung 34 an die vorhandenen Freiräume
angepasst und nicht das Injektordesign aufgrund der Anforderung
der Durchführung 34 eingeschränkt werden. Durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt
sich eine Reduzierung der Teilezahl, eine vereinfachte Ausbildung
der Durchführung 34 hinsichtlich deren Geometrie,
insbesondere hinsichtlich eines reduzierten Durchmessers 60,
sowie der Oberflächengüte erreichen. Des Weiteren
kann bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung eine Minimierung der zur Montage notwendigen Prozessschritte
erzielt werden, was die Produktionskosten günstig beeinflusst.
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2 ist
des Weiteren zu entnehmen, dass die in dieser Ausführungsform
dargestellten, als Kontaktierungspins ausgebildeten elektrischen
Kontaktelemente 32 Steckerfahnen 34 von Flachsteckern 62 kontaktieren.
Die als Kontaktierungspins ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente 32 verlaufen
im Wesentlichen parallel zur Injektorachse 14. Anstelle der
in 2 dargestellten, als Kontaktierungspins ausgebildeten
elektrischen Kontaktelemente 32 können auch formlabile
elektrische Kontaktelemente 32, wie zum Beispiel Kabel
oder Drähte, die eine geringere Steifigkeit aufweisen,
zur Kontaktierung der Magnetspule 26, die innerhalb des
Magnetkerns 28 eingebettet ist, eingesetzt werden.
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2 zeigt
des Weiteren, dass die Umspritzung 18 mittels des Rastringes 22 in
der Ringnut 20 der Magnethülse 16 formschlüssig
befestigt ist.
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Die
Magnethülse 16 ihrerseits wird durch einen Übergriff 74,
der oberhalb eines Bundes 72 an der Mantelfläche 70 der
Magnethülse 16 angreift, fixiert. 2 zeigt
darüber hinaus, dass an einer Anlagefläche 68 auf
der Innenseite der Magnethülse 16 der Magnetbaugruppe 10 der
Außenumfang des Magnetkerns 28 anliegt, in welchem
die Magnetspule 26 mit ihrer Vielzahl von Wicklungsdrähten 30 eingebettet
ist.
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Den
Darstellungen gemäß der 2 und 3 ist
darüber hinaus zu entnehmen, dass der Magnetkern 28,
in welchem sich die durch die Kontaktierungspins 32 kontaktierte
Magnetspule 26 befindet, in Einschubrichtung 78 – im
vorliegenden Falle von der Unterseite her – in die das
einteilige Gehäuse darstellende Magnethülse 16 eingeschoben
ist. Der Magnetkern 28 ist in einem reduzierten Durchmesser 60 ausgebildet.
Die gewählte Lösung gestattet den Verzicht auf
zweiteilig ausgebildete Gehäuse, wie in 1 dargestellt.
Aufgrund der einteiligen Ausbildung der das Gehäuse darstellenden
Magnethülse 16 können Formschluss und
das Anpressen, d. h. die Herstellung einer Verbördelung 24 – wie
in 1 –, die ein zweiteilig ausgebildetes
Gehäusekonzept erforderlich macht, entfallen. Das mit der
erfindungsgemäßen Lösung gemäß der 2 und 3 einhergehende
Einsparpotenzial ergibt sich durch die Reduzierung der erforderlichen
Teile, eine größere Freiheit hinsichtlich der
Werkstoffauswahl und eine Minimierung der Prozessschritte, insbesondere
das Wegfallen des Verbördelns. Den 2 und 3 ist
entnehmbar, dass der Magnetkern 28 an seiner oberen Planseite über
eine Klebeschicht 76 mit der Magnethülse 16 verklebt
ist. Anstelle bisher UV-aushärtender Klebstoffe werden
medienresistente Alternativprodukte, die dem Einfluss von Kraftstoffen,
insbesondere höher temperierten Kraftstoffen, standhalten,
eingesetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19650865
A1 [0001]
- - WO 03/038844 A1 [0003]
- - DE 19714812 A1 [0004]