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Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe für ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil zur Befüllung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil mit einer solchen Magnetbaugruppe.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2016 211 679 A1 geht beispielhaft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, hervor, das ein zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbares Ventilglied sowie einen elektromagnetischen Aktor zur Betätigung des Ventilglieds umfasst. Der elektromagnetische Aktor weist einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden Magnetanker und eine Magnetspule zur Einwirkung auf den Magnetanker auf. Wird die Magnetspule bestromt bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker in Richtung eines Magnetkerns bewegt, der dem Magnetanker an einem Arbeitsluftspalt gegenüberliegt. Durch die Ankerbewegung verliert das Ventilglied den kraftschlüssigen Kontakt zum Magnetanker und damit zu einer am Magnetanker abgestützten starken Druckfeder, deren Federkraft in Öffnungsrichtung wirkt. Eine am Ventilglied abgestützte und in Schließrichtung wirkende Feder vermag somit das Einlassventil zu schließen. Wird die Bestromung der Magnetspule beendet, stellt die starke Druckfeder den Magnetanker in seine Ausgangslage zurück, wobei der Magnetanker das Ventilglied aus seinem Ventilsitz hebt.
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Zum Schutz vor Feuchtigkeit wird die Magnetspule eines elektromagnetischen Aktors in der Regel mit Kunststoff umspritzt. Die Kunststoffumspritzung wird dabei über einen Spulenkörper aus Kunststoff hinweggeführt, auf den der Spulendraht der Magnetspule gewickelt ist. Da beim Umspritzen der Magnetspule die Kunststoffschmelze den Spulenkörper nicht aufzuschmelzen vermag, wird im Kontaktbereich zwischen der Kunststoffumspritzung und dem Spulenkörper lediglich eine Verklebung erreicht. Diese kann bei Belastung, beispielsweise bei einem Temperaturwechsel, aufreißen und einen Spalt erzeugen, über den dann Feuchtigkeit eindringen kann. Dies gilt es zu vermeiden, da die eindringende Feuchtigkeit den Spulendraht beschädigen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Dichtigkeit einer Magnetspule eines elektromagnetischen Aktors zu verbessern. Auf diese Weise soll die Lebensdauer des elektrischen Aktors gesteigert werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Magnetbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil mit einer solchen Magnetbaugruppe angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird eine Magnetbaugruppe für ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil zur Befüllung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff, die eine auf einem ringförmigen Spulenkörper angeordnete Magnetspule umfasst. An ihren beiden Stirnseiten wird die Magnetspule von Flanschabschnitten des Spulenkörpers umgriffen. Erfindungsgemäß ist zumindest im Bereich eines Flanschabschnitts mindestens eine Schmelzrippe zur Verschmelzung mit einer Kunststoffumspritzung ausgebildet.
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Wird die Magnetbaugruppe nachträglich mit Kunststoff umspritzt, vermag die Kunststoffschmelze die mindestens eine Schmelzrippe des Spulenkörpers aufzuschmelzen. Auf diese Weise wird ein Stoffschluss zwischen der Kunststoffumspritzung und dem Spulenkörper erreicht, der belastbarer als eine reine Verklebung ist. Dadurch steigt die Dichtheit im Kontaktbereich zwischen der Kunststoffumspritzung und dem Spulenkörper. Zugleich steigt die Lebensdauer der Magnetspule und damit der der Magnetbaugruppe.
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Vorteilhafterweise ist der Spulenkörper zumindest im Bereich der mindestens einen Schmelzrippe aus Kunststoff gefertigt. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Kunststoff handeln, der sich leicht erwärmen und damit aufschmelzen lässt, beispielsweise um einen thermoplastischen Kunststoff, der einen niedrigeren Schmelzpunkt als der für die Umspriztung verwendete Kunststoff aufweist. Weiterhin bevorzugt ist der Spulenkörper im Ganzen aus Kunststoff gefertigt. Der Spulenkörper und die Schmelzrippe können somit zeitgleich in einem Arbeitsschritt hergestellt werden. Ferner kann über den Spulenkörper aus Kunststoff eine elektrische Isolierung der im Betrieb von einem Erregerstrom durchflossenen Magnetspule bewirkt werden.
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Um sicherzustellen, dass die mindestens eine Schmelzrippe beim Umspritzen mit Kunststoff aufgeschmolzen wird, muss nicht nur ein geeignetes Material, sondern ferner eine geeignete Form der Schmelzrippe gewählt werden. Insbesondere sollte die Schmelzrippe eine gegenüber dem Flanschabschnitt des Spulenkörpers deutlich verringerte Wandstärke aufweisen, so dass sichergestellt ist, dass die Wärme der Kunststoffschmelze tief in die Schmelzrippe eindringt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Schmelzrippe eine Querschnittsform aufweist, die vom Spulenkörper nach außen spitz zuläuft, in einem Radius endet oder abgeflacht ist. Das sich vorzugsweise verjüngende Ende gewährleistet ein zumindest endseitiges Aufschmelzen der Schmelzrippe. Zwischen dem nicht aufgeschmolzenen Teil der Schmelzrippe und der Kunststoffumspritzung wird im Übrigen eine die Dichtheit erhöhende Verzahnung erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Flanschabschnitt des Spulenkörpers mindestens eine außenumfangseitig angeordnete Schmelzrippe auf. Die Schmelzrippe ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet, so dass sie sich über den gesamten Außenumfang erstreckt. Die Schmelzrippe ist somit insbesondere zur Abdichtung eines Radialspalts zwischen der Kunststoffumspritzung und dem Spulenkörper geeignet. Zur Ausbildung eines Radialspalts kann es beispielsweise aufgrund thermisch bedingter Spannungen kommen. In diesem Fall bleibt dennoch eine Abdichtung über die Schmelzrippe gewährleistet.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Flanschabschnitt des Spulenkörpers eine stirnseitig angeordnete Schmelzrippe aufweist. Die stirnseitig angeordnete Schmelzrippe ist insbesondere zur Abdichtung eines Axialspalts zwischen der Kunststoffumspritzung und dem Spulenkörper geeignet. Zur Ausbildung eines Axialspalts kann es ebenfalls aufgrund thermisch bedingter Spannungen kommen. Die mindestens eine stirnseitig angeordnete Schmelzrippe verläuft vorzugsweise kreisförmig, da auch die Stirnfläche des Flanschabschnitts bevorzugt ringförmig ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt weist mindestens ein Flanschabschnitt des Spulenkörpers mehrere stirnseitig angeordnete Schmelzrippen auf, die konzentrisch angeordnet sind. Auf diese Weise kann die durch den Flanschabschnitt zur Verfügung gestellte Fläche optimal genutzt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Spulenkörper und die Magnetspule zumindest bereichsweise von der Kunststoffumspritzung umschlossen sind. Die Kunststoffumspritzung bildet somit einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe aus. Bei den von der Kunststoffumspritzung umschlossenen Bereichen handelt es sich zumindest um die Bereiche der Flanschabschnitte des Spulenkörpers, die mindestens eine Schmelzrippe aufweisen. Ferner bevorzugt erstreckt sich die Kunststoffumspritzung über eine Außenumfangsfläche der Magnetspule, die nicht von dem Spulenkörper umschlossen ist. Da der Spulenkörper vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff gefertigt ist, kann der Spulenkörper innenumfangseitig frei bleiben. Das heißt, dass sich die Kunststoffumspritzung in diesem Fall nur bis an einen oder beide Flanschabschnitte des Spulenkörpers oder über einen oder beide Flanschabschnitte des Spulenkörpers erstreckt. Auf diese Weise kann Material eingespart werden.
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Vorteilhafterweise bildet die Kunststoffumspritzung eine elektrische Schnittstelle, beispielsweise einen Kompaktstecker, aus. Über die elektrische Schnittstelle kann der erforderliche Anschluss der Magnetspule an eine Stromversorgung realisiert werden. Die Ausbildung der elektrischen Schnittstelle als Stecker, insbesondere als Kompaktstecker, ermöglicht einen Anschluss in Form einer einfachen Steckverbindung.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in den Spulenkörper ein Polkern eingreift, der zumindest bereichsweise ebenfalls von der Kunststoffumspritzung umschlossen ist. Das heißt, dass die Kunststoffumspritzung auch über den Hohlraum der Magnetspule bzw. des Spulenkörpers hinweggeführt ist, so dass dieser nach außen abgedichtet ist.
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Ferner bevorzugt sind der Spulenkörper und die Magnetspule von einer Magnethülse umgeben, die zumindest bereichsweise ebenfalls von der Kunststoffumspritzung umschlossen ist. Die Kunststoffumspritzung bildet demnach eine Art Schutzkappe aus, welche die Magnetbaugruppe nach außen abdichtet.
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Darüber hinaus wird ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil zur Befüllung einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff vorgeschlagen. Das Einlassventil umfasst eine erfindungsgemäße Magnetbaugruppe zur Einwirkung auf einen Magnetanker, der in einer zentralen Ausnehmung eines Ventilkörpers hubbeweglich aufgenommen und mit einem Ventilglied koppelbar ist. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Magnetbaugruppe eine gesteigerte Lebensdauer besitzt, kann auch die Lebensdauer des Einlassventils gesteigert werden. Insbesondere kann die Funktionssicherheit des Einlassventils erhöht werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Einlassventil, das in eine Hochdruckpumpe integriert ist und eine erfindungsgemäße Magnetbaugruppe umfasst und
- 2 einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Magnetbaugruppe des Einlassventils der 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch betätigbare Einlassventil 2 ist in ein Gehäuseteil 17 einer Hochdruckpumpe 3 in der Weise integriert, dass ein Ventilglied 16 des Einlassventils 2 über eine im Gehäuseteil 17 ausgebildete Bohrung 18 hubbeweglich geführt ist. Das Einlassventil 2 dient der Befüllung eines im Gehäuseteil 17 ausgebildeten Hochdruckelementraums 19 mit Kraftstoff. Der dem Hochdruckelementraum 19 über das Einlassventil 2 zugeführte Kraftstoff wird im Hochdruckelementraum 19 über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens 20 komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 21 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
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Das Ventilglied 16 des Einlassventils 2 öffnet in den Hochdruckelementraum 19 hinein. In Schließrichtung wird es von der Federkraft einer Ventilfeder 22 beaufschlagt, die das Ventilglied 16 in Richtung eines Ventilsitzes 23 zieht. Um das Einlassventil 2 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 22 zu öffnen oder geöffnet zu halten, ist eine weitere Feder 24 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Ventilfeder 22 ist. Die weitere Feder 24 ist einerseits an einem mit dem Ventilglied 16 koppelbaren Magnetanker 13, andererseits an einem Polkern 11 abgestützt, der dem Magnetanker 13 an einem Arbeitsluftspalt 25 gegenüberliegt. Bleibt eine zur Einwirkung auf den Magnetanker 13 vorgesehene Magnetspule 5 unbestromt, drückt die Feder 24 den Magnetanker 13 gegen ein Anschlagelement 26, das gemeinsam mit dem Magnetanker 13 in einer Ausnehmung 14 eines Ventilkörpers 15 aufgenommen und in axialer Richtung an einem Ringbund 27 des Ventilkörpers 15 abgestützt ist. Das Anschlagelement 26 definiert somit eine Endlage des Magnetankers 13. In dieser Endlage hält der Magnetanker 13 bzw. die Federkraft der Feder 24 das Ventilglied 16 geöffnet. Wird die Magnetspule 5 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft den Magnetanker 13 in Richtung des Polkerns 11 bewegt, um den Arbeitsluftspalt 25 zu schließen. Dabei löst sich der Magnetanker 13 vom Ventilglied 16, so dass die Ventilfeder 22 das Ventilglied 16 in den Ventilsitz 23 zu ziehen vermag.
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Die Magnetspule 5 bildet gemeinsam mit einer Magnethülse 12 und einer Polscheibe 28 eine Magnetbaugruppe 1 aus, die separat am Gehäuseteil 17 der Hochdruckpumpe 3 mittels einer Überwurfmutter 29 befestigt ist. Dabei stützt sich die Magnethülse 12 am Ventilkörper 15 des Einlassventils 2 ab. Nach außen abgedichtet wird die Magnetbaugruppe 1 durch eine Kunststoffumspritzung 9, die zugleich eine elektrische Schnittstelle 10 in Form eines Kompaktsteckers ausbildet.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist der Spulendraht der Magnetspule 5 auf einen Spulenkörper 4 gewickelt, der aus Kunststoff gefertigt und im Querschnitt C-förmig ausgeführt ist. Der Spulenkörper 4 bildet somit zwei die Magnetspule 5 stirnseitig umgreifende Flanschabschnitte 6, 7 aus. Im Bereich des unteren Flanschabschnitts 6 ist die Kunststoffumspritzung 9 bis an den Flanschabschnitt 6 herangeführt. Im Bereich des oberen Flanschabschnitts 7 erstreckt sich die Kunststoffumspritzung 9 über den Flanschabschnitt 7 hinweg.
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Um im Kontaktbereich zwischen dem Spulenkörper 4 und der Kunststoffumspritzung 9 eine belastbare und somit möglichst dauerhafte Abdichtung zu gewährleisten, weist der Spulenkörper 4 im Bereich der Flanschabschnitte 6, 7 Schmelzrippen 8 auf. Diese werden beim Umspritzen mit Kunststoff durch die Kunststoffschmelze aufgeschmolzen, so dass ein Stoffschluss zwischen dem Spulenkörper 4 und der Kunststoffumspritzung 9 erreicht wird. Eine erste Schmelzrippe 8 ist außenumfangseitig am Flanschabschnitt 6 vorgesehen. Sie erstreckt sich ringförmig um den gesamten Flanschabschnitt 6. Da die Schmelzrippe 8 zu einer erhöhten Dichtigkeit im Kontaktbereich zwischen dem Spulenkörper 4 und der Kunststoffumspritzung 9 führt, kann die Wanddicke a des Flanschabschnitts 6 des Spulenkörpers 4 zumindest bereichsweise verringert werden. Zwei weitere konzentrisch angeordnete Schmelzrippen 8 sind stirnseitig am Flanschabschnitt 7 vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016211679 A1 [0002]
