DE102011006500A1

DE102011006500A1 - Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums

Info

Publication number: DE102011006500A1
Application number: DE102011006500A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen eines Fluids, angegeben, die ein Ventil (11) mit einem einen Einlass (14) für das Medium und einem auf einem einlassnahen Gehäuseabschnitt (131) spiellos und mit axialer Anlage an einer gehäusefesten Anlageschulter sitzenden Dichtungsring (15) aus elastisch verformbarem Material sowie ein vom Medium beaufschlagtes Anschlussorgan (12) für den Mediumzufluss zum Ventil (11) mit einer den einlassnahen Gehäuseabschnitt (131) unter radialem Verspannen des Dichtungsrings (15) aufnehmende Tasse (17) aufweist. Das Ventilgehäuse (13) ist zumindest teilweise von einer Kunststoffumspritzung (25) mit einer die Anlageschulter für den Dichtungsring (15) bildenden Stirnfläche (251) umschlossen. Zur fertigungstechnisch kostengünstigen Erzielung einer dauerhaften und zuverlässigen Abdichtung des einlassseitigen Leckpfads zwischen dem Metall des Gehäuses (11) und dem Kunststoff der Kunststoffumspritzung (25) ohne Änderung des bestehenden Ventildesigns, ist in die Tasse (17) ein an dem Dichtungsring (15) mit zur Stirnfläche (251) gerichteter Axialkraft angreifendes Kraftelement (28) eingesetzt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen eines Fluids, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung zum Zumessen von Kraftstoff in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine ( US 6,371,083 B1 ) ist das Anschlussorgan ein Kraftstoffverteiler mit einer Mehrzahl von Tassen zur Aufnahme je eines Kraftstoffeinspritzventils. Jede Tasse umfasst einen Tassenboden und einen Tassenzylinder. Die Tasse steht über eine Öffnung im Tassenboden mit einem Speicherraum des Kraftstoffverteilers in Verbindung, der an einer Kraftstoffzu- und -rücklaufleitung angeschlossen ist. Jedes Einspritzventil weist ein zylindrisches Gehäuse mit einem stirnseitig ausgebildeten Einlass für den Kraftstoff auf. Das Ventil ist mit seinem einlassnahen Gehäuseabschnitt in die Tasse so eingesetzt, dass der Einlass mit seiner Einlassöffnung die Öffnung im Tassenboden überdeckt. Ein auf dem Gehäuseabschnitt spiellos sitzender Dichtungsring aus elastischem Material, z. B. ein O-Ring, ist zwischen Gehäuseabschnitt und Zylinderwand des Tassenzylinders radial verspannt und dichtet die Tasse gegenüber Kraftstoffleckage ab.
Ein bekanntes elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil ( DE 195 12 339 B4 ) weist ein zylindrisches Gehäuse aus Metall auf, das aus zwei koaxialen, axial hintereinander gesetzten Teilen, und zwar aus einem rohrförmigen Einlassstutzen und einem rohrförmigen Ventilsitzträger, zusammengesetzt ist. Das Gehäuse ist von einer Kunststoffumspritzung umschlossen und steht mit einem Endabschnitt des Einlassstutzens und einem Endabschnitt des Ventilsitzträgers aus der Kunststoffumspritzung vor. Auf dem Endabschnitt des Einlassstutzens sitzt spiellos ein Dichtungsring aus elastisch verformbarem Material, der an der ringförmigen Stirnfläche der Kunststoffumspritzung anliegt und zur Leckagedichtung der Verbindung zwischen Kraftstoffverteiler und Kraftstoffeinspritzventil liegt. Von dem Elektromagneten ist eine Erregerspule und ein die Erregerspule überdeckendes Rückschlussjoch außen auf dem Gehäuse befestigt und in die Kunststoffumspritzung mit eingebettet. Um das Eindringen von Feuchtigkeit in dem Spulenraum des Elektromagneten zu verhindern, ist in die einlassnahe Stirnseite der Kunststoffumspritzung unterhalb des Dichtungsrings ein Dichtelement eingelegt, das bündig mit der Stirnfläche der Kunststoffumspritzung abschließt und das Gehäuse dicht umschließt. Durch dieses Dichtelement werden Spalten und Kapillaren, die sich in der Trennebene zwischen dem Metall des Gehäuses und dem Kunststoff der Kunststoffumspritzung bilden können, abgedichtet. Feuchtigkeit kann somit nicht mehr in die Spalten und Kapillaren eindringen und zur Magnetspule gelangen. Eine Schädigung der Magnetspule infolge Korrosion ist damit unterbunden.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, eine Abdichtung des einlassseitigen Leckpfades zwischen Gehäuse und Kunststoffumspritzung des Ventils in fertigungstechnisch kostengünstiger Weise ohne konstruktive Änderungen des bestehenden Designs des Ventils, wie sie das Einspritzen einer einlassseitigen Dichtung in die Kunststoffumspritzung darstellt, zu erzielen. Die Abdichtung wird selbsttätig bei der Ventilmontage durch ein vor dem Einspritzen des Ventils in die Tasse des Anschlussorgans eingelegtes Kraftelement bewirkt. Das Kraftelement, als das z. B. eine einfache Schraubendruckfeder eingesetzt werden kann, presst den Dichtungsring axial auf die Stirnfläche der Kunststoffumspritzung, wodurch der Dichtungsring den Leckpfad zuverlässig abdichtet.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Tasse einen Tassenboden mit einer zentralen Bodenöffnung, an dem sich das Kraftelement abstützt, und einen Tassenzylinder auf, dessen lichter Durchmesser auf den Außendurchmesser des unverformten Dichtungsrings abgestimmt ist. Zwischen Kraftelement und Dichtungsring ist eine Ringscheibe angeordnet. Durch die Ringscheibe wird eine gleichmäßige Kraftübertragung vom Kraftelement in den Dichtungsring und ein Schutz des Dichtungsrings gegen Beschädigung durch das Kraftelement erreicht. Dadurch, dass der Innendurchmesser der Ringscheibe kleiner gewählt wird als ein am Stirnende des Gehäuseabschnitts ausgebildeter Ringflansch, ist die Ringscheibe unverlierbar mit dem Ventil verbunden und erfordert keine zusätzliche Handhabung bei der Montage der Vorrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Stirnfläche der Kunststoffumspritzung einen inneren, rechtwinklig zur Ventilachse sich erstreckenden Flächenbereich und einen gegenüber diesem nach außen schräg abfallenden äußeren Flächenbereich sowie einen zwischen den beiden Flächenbereichen vorzugsweise mittig in der Stirnfläche verlaufende Übergangskante auf. Diese Übergangskante erhöht die Flächenpressung und verbessert damit die Dichtwirkung des Dichtungsrings. Zusätzlich ergibt sich ein vorteilhafter Fertigungsaspekt durch eine verbesserte Entformbarkeit der Kunststoffumspritzung aus dem Spritzwerkzeug.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums,
2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in 1 einer modifizierten Vorrichtung,
3 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Anschlussorgangs der Vorrichtung in 1,
4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kraftelements in der Vorrichtung gemäß 1.
Die in 1 im Längsschnitt skizzierte Vorrichtung und die in 2 nur auschnittweise im Längsschnitt skizzierte modifizierte Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums diennen insbesondere zum Einspritzen eines Fluids, z. B. von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder oder in das Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zur Reduzierung der Stickoxide im Abgas.
Die Vorrichtung weist ein Ventil 11 und ein Anschlussorgan 12 für den Mediumzufluss zum Ventil 11 auf. Im Falle des Einsatzes der Vorrichtung in einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine zum Einspritzen von Kraftstoff ist das Anschlussorgan 12 ein an sich bekannter Kraftstoffverteiler, wie er z. B. in der eingangs genannten US 6,371,083 B1 beschrieben ist. Das Ventil 11 weist ein Gehäuse 13 aus Metall mit einem Einlass 14 für das Medium sowie einen Dichtungsring 15 aus elastisch verformbarem Material auf, der unter axialer Anlage an einer gehäusefesten, quer zur Gehäuseachse verlaufenden Anlageschulter spiellos auf einem einlassnahen Gehäuseabschnitt 131 des Gehäuses 13 sitzt. Das Anschlussorgan 12 weist eine Tasse 17 mit Tassenboden 171 und Tassenzylinder 172 (2) auf, in der das Ventil 11 mit seinem einlassseitigen Gehäuseabschnitt 131 unter radialem Verspannen des Dichtungsrings 15 am Tassenzylinder 172 aufgenommen ist. Über eine Bodenöffnung 18 im Tassenboden 171 steht der Einlass 14 im Ventil 11 mit einem vom Medium beaufschlagten Speicherraum 19 im Anschlussorgan 12 in Verbindung. Der Tassenboden 171 kann eben sein oder ist – wie in 2 und 3 – mit einem die Bodenöffnung 18 konzentrisch umschließenden, vom Tassenboden 171 abstehenden Tassenstutzen 173 versehen, der über den Einlass 14 in den einlassnahen Gehäuseabschnitt 131 des Gehäuses 13 eintaucht.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung umfasst das in 1 in Seitenansicht und in 2 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte Gehäuse 13 des Ventils 11 einen den Einlass 14 aufweisenden Einlassstutzen 20, eine hülsenförmigen Ventilsitzträger 21 und einen auf dem Ventilsitzträger 21 sitzenden Magnettopf 22. Der Ventilsitzträger 21 trägt an seinem freien Ende in bekannter Weise einen Ventilsitzkörper mit Ventilauslass (nicht dargestellt), der von einem mittels eines Elektromagneten 23 betätigten Ventilglieds (nicht dargestellt) geschlossen oder freigegeben wird. Eine Magnetspule 24 des Elektromagneten 23 sitzt außen auf dem Ventilsitzträger 21 und ist in dem Magnettopf 22 aufgenommen. Ein Magnetanker (nicht dargestellt) des Elektromagneten 23 ist im Ventilsitzträger 21 axial verschieblich geführt und fest mit dem Ventilglied verbunden. Das Gehäuse 13 ist von einer Kunststoffumspritzung 25 umschlossen, wobei der Einlassstutzen 20 mit einem den einlassnahen Gehäuseabschnitt 131 bildenden Endabschnitt und der Ventilsitzträger 21 mit einem Teil des Magnettopfs 22 und einem auslassseitigen Endabschnitt aus der Kunststoffumspritzung 25 herausragt. Ein Steckergehäuse 26 eines elektrischen Anschlusssteckers 27 für den Elektromagneten 23 ist in der Kunststoffumspritzung 25 mit ausgeformt. Eine dem Einlass 14 zugekehrte, ringförmige Stirnfläche 251 der Kunststoffumspritzung 25 bildet die Anlageschulter für den Dichtungsring 15.
Der Dichtungsring 15 wird mit Einsetzen des Gehäuseabschnitts 131 des Ventils 11 in die Tasse 17 des Anschlussorgans 12 von einem in der Tasse 17 angeordneten, am Dichtungsring 15 mit einer zur Stirnfläche 251 des Kunststoffumspritzung 25 gerichteten Axialkraft angreifenden Kraftelement 28 axial auf die Stirnfläche 251 aufgepresst. Infolge der dadurch bewirkten elastischen Verformung des an dem Tassenzylinder 172 sich abstützenden Dichtungsrings 25 presst sich letzterer an die Stirnfläche 251 und an den Gehäuseabschnitt 131 sehr stark an. Dadurch wird ein zwischen der Kunststoffumspritzung 25 und dem Gehäuseabschnitt 131 des Ventilgehäuses 11 in der Trennebene von Metall und Kunststoff umlaufender geringer Spalt zuverlässig abgedichtet, so dass keine Feuchtigkeit, z. B. infolge von in die Tasse 17 über die Tassenöffnung 172 eindringendes Spritzwasser, in den Spalt und längs der Trennebene zwischen Kunststoffumspritzung 25 und Gehäuse 13 zur Magnetspule 24 gelangen und dort durch Korrosion zu Schäden führen kann. Das Kraftelement 28 stützt sich einerseits am Tassenboden 171 und andererseits über eine zwischen Kraftelement 28 und Dichtungsring 15 angeordnete, auf den Gehäuseabschnitt 131 lose aufgeschobene Ringscheibe 29 an dem Dichtungsring 15 ab. Der lichte Durchmesser der Ringscheibe 29 ist kleiner bemessen als der Außendurchmesser des am Ende des Gehäuseabschnitts 131 ausgebildeten Auflageflansches 132, so dass die Ringscheibe 29 nicht vom Ventil 11 abfallen kann. Das Kraftelement 28 ist vorzugsweise eine Druckfeder, die in den Ausführungsbeispielen des Ventils 11 gemäß 1 und 2 als Schraubendruckfeder 30 ausgebildet und lose in die Tasse 17 eingelegt ist. Als Druckfeder kann aber auch einen Wellenfeder oder ein Wellenfederpaket 31 verwendet werden, wie es beispielsweise in 4 perspektivisch dargestellt ist.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die die Anlageschulter für den Dichtungsring 15 bildende Stirnfläche 251 der Kunststoffumspritzung 25 eben ausgeführt und erstreckt sich rechtwinklig zur Gehäuseachse. Im Ausführungsbeispiel der 2 weist dagegen die Stirnfläche 251 der Kunststoffumspritzung 25 einen inneren Flächenbereich 251a, einen äußeren Flächenbereich 251b und eine zwischen den beiden Flächenbereichen gebildete, umlaufende Übergangskante 251c auf. Der innere Flächenbereich 251a erstreckt sich rechtwinklig zur Ventilachse. Der äußere Flächenbereich 251b fällt gegenüber dem inneren Flächenbereich 251a nach außen schräg ab. Die Übergangskante 251c liegt vorzugsweise mittig in der Stirnfläche 251. Die Übergangskante 251c erhöht die Flächenpressung und verbessert die Dichtungswirkung des Dichtungsrings 15. Ansonsten stimmen beide Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß 1 und 2 überein, so dass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Bei Einsatz der Vorrichtung zum Dossierzwecken, z. B. zum Zumessen einer Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgas einer Brennkraftmaschine, kann das Anschlussorgan 12 mit einem in der Bodenöffnung 18 des Tassenbodens 171 mündenden Anschlussstutzen 32 für eine Zulaufleitung, z. B. zum Aufschieben eines Fluidschlauchs, versehen sein, wie dies in 3 dargestellt ist. Der Anschlussstutzen 32 ist vorzugsweise einstückiger Teil der Tasse 17, die in gleicher Weise wie in 2 einen Topfboden 171, einen Topfzylinder 172 und einen vom Topfboden 171 abstehenden, in den Topfzylinder 172 hineinragenden Tassenstutzen 173 aufweist. Der Anschlussstutzen 32 ist vorzugsweise koaxial zum Tassenstutzen 173 angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6371083 B1 [0002, 0014]
DE 19512339 B4 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Zumessen eines Mediums, insbesondere zum Einspritzen eines Fluids, mit einem Ventil (11), das ein Gehäuse (13) mit einem Einlass (14) für das Medium und einen auf einem einlassnahen Gehäuseabschnitt (131) spiellos und mit axialer Anlage an einer gehäusefesten Anlageschulter sitzenden Dichtungsring (15) aus elastisch verformbarem Material aufweist, und mit einem vom Medium beaufschlagten Anschlussorgan (12) für den Mediumzufluss zum Ventil (11), das eine den einlassnahen Gehäuseabschnitt (131) unter radialem Verspannen des Dichtungsrings (15) aufnehmende Tasse (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (13) zumindest teilweise von einer Kunststoffumspritzung (25) mit einer die Anlageschulter für den Dichtungsring (15) bildenden Stirnfläche (251) umschlossen ist und dass in der Tasse (17) ein an dem Dichtungsring (15) mit zur Stirnfläche (251) gerichteter Axialkraft angreifendes Kraftelement (28) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasse (17) einen Tassenboden (171) mit einer zentralen Bodenöffnung (18) und einen Tassenzylinder (172) mit einem auf den Außendurchmesser des unverformten Dichtungsrings (15) abgestimmten lichten Durchmesser aufweist und dass das Kraftelement (28) sich am Tassenboden (171) abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kraftelement (28) und Dichtungsring (15) eine Ringscheibe (29) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Durchmesser der Ringscheibe (29) kleiner bemessen ist als der Außendurchmesser eines den Einlass (14) umschließenden Auflageflansches (132) am einlassnahen Gehäuseabschnitt (131).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftelement (28) eine Druckfeder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder als Schraubendruckfeder (30) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder als Wellenfeder oder Wellenfederpaket (31) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (251) der Kunststoffumspritzung (25) einen rechtwinklig zur Ventilachse sich erstreckenden inneren Flächenbereich (251a) und einen nach außen schräg abfallenden äußeren Flächenbereich (251b) mit einer zwischen den beiden Flächenbereichen (251a, 251b) vorzugsweise mittig in der Stirnfläche (251) verlaufenden Übergangskante (251c) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussorgan (12) ein an sich bekannter Kraftstoffverteiler einer Kraftstoffeinspritzanlage ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussorgan (12) einen in der Bodenöffnung (18) des Tassenbodens (171) mündenden Anschlussstutzen (32) für eine Zuflussleitung aufweist.