DE10308613A1 - Ventil mit einem Hebel, Hebel und Verfahren zur Herstellung eines Hebels - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Ventil mit einem Aktor mit einem Hebel, ein Hebel und ein Verfahren zur Herstellung eines Hebels beschrieben. Der Hebel wird zur Übertragung einer Auslenkung eines Aktors auf ein Stellglied, insbesondere in einem Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt. Der Hebel weist vorzugsweise Ausnehmungen auf, die zum einen die Masse des Hebels reduzieren, ohne die Stabilität des Hebels zu gefährden, und zum anderen Halteausnehmung für eine Halterung des Hebels bei einem Schleifprozess darstellen. Vorteilhaft wird dadurch zum einen die Masse des Hebels reduziert und zum anderen die Bearbeitung eines Rohhebels zum Schleifen von Auflageflächen vereinfacht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Hebel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen Hebel für ein Ventil, insbesondere für ein Einspritzventil, und ein Verfahren zur Herstellung eines Hebels.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Ventile mit Hebeln einzusetzen. Der Hebel liegt dabei mit einer ersten Auflagefläche auf einem Gehäuse des Ventils auf. Eine zweite Auflagefläche ist einem Stellglied zugeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Auflagefläche ist eine dritte Auflagefläche ausgebildet, die einem Aktor zugeordnet ist. Drückt nun der Aktor auf den Hebel, so schwenkt der Hebel um die erste Auflagefläche und bewegt dabei mit der zweiten Auflagefläche das Stellglied. Je nach Anordnung der Auflageflächen kann eine direkte Übertragung oder eine Vergrößerung der Auslenkung des Aktors auf eine vergrößerte Auslenkung des Stellglieds erreicht werden. Die Auflageflächen des Hebels sind mit einer präzisen Rundung versehen. Dabei ist insbesondere die Lage der Rundungen zueinander präzise festzulegen. Der Hebel besteht vorzugsweise aus Hartmetall oder weist mindestens gehärtete Auflageflächen auf. Die Auflageflächen führen insbesondere bei einer längeren Lebensdauer zu einem Verschleiß der zugeordneten Auflageflächen am Gehäuse des Ventils, an der Auflagefläche des Aktors und an der Auflagefläche des Stellglieds.
  • Aus WO 99/17014 ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Aktor mit einem Hebel bekannt, der zur Übertragung zur Auslenkung des Aktors auf ein Stellglied verwendet wird.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Ventil, einen verbesserten Hebel und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Hebels für ein Ventil, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil, bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Ventil gemäß Patentanspruch 1, durch den Hebel gemäß Patentanspruch 6 und durch das Verfahren zur Herstellung des Hebels gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Hebels besteht darin, dass der Hebel wenigstens an einer Seitenfläche eine Ausnehmung aufweist. Vorzugsweise weist der Hebel an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen Ausnehmungen auf. Die Ausnehmungen weisen den Vorteil auf, dass zum einen die Masse des Hebels reduziert ist und zum anderen die Ausnehmungen Halteausnehmungen für das Schleifen der Auflageflächen des Hebels darstellen. Zudem beeinflussen die Ausnehmungen kaum die Stabilität des Hebels, so dass die Funktion des Hebels nicht beeinträchtigt ist.
  • Durch die reduzierte Masse des Hebels sind geringere Kräfte zum Bewegen bzw. zum Beschleunigen des Hebels erforderlich. Zudem wirken geringere Kräfte auf die Auflageflächen, an denen der Hebel aufliegt. Die Ausnehmungen können vorzugsweise als Halteausnehmungen für eine Halteanordnung des Hebels verwendet werden. Damit können die Auflageflächen des Hebels mit einem einzigen Spannvorgang bearbeitet werden. Auf diese Weise ist eine hohe Präzision der Lagen der Auflageflächen zueinander erreichbar. Es ist somit nicht erforderlich, wie bisher, den Hebel in zwei verschiedenen Positionen zu haltern, um die drei Auflageflächen zu schleifen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Hebel eine durchgehende Ausnehmung auf. Damit ist eine große Reduzierung der Masse des Hebels gegeben.
  • Vorzugsweise ist die Ausnehmung senkrecht zur Längsachse des Hebels ausgebildet. Die durchgehende Ausnehmung liegt dann nicht in dem tragenden Bereich des Hebels und die Steifigkeit wird nicht zu sehr beeinträchtigt.
  • Vorzugsweise weisen die Ausnehmungen Haltekanten auf, die eine exakte Positionierung des Hebels mit einem Haltewerkzeug ermöglichen. Dadurch wird die Halterung des Hebels an einem Haltewerkzeug vereinfacht.
    •
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Teilquerschnitt durch ein Ventil;
  • 2 eine perspektivische Darstellung eines Hebels vor dem Schleifprozess;
  • 3 einen Querschnitt durch den Hebel der 2;
  • 4 eine zweite Ausführungsform des Hebels mit einer durchgehenden Ausnehmung;
  • 5 die Formen zur Herstellung des Hebels;
  • 6 die Formen zur Herstellung von oben betrachtet; und
  • 7 den ersten Hebel der 2 nach dem Schleifen der Ausnehmungen;
  • 8 eine Haltestange und einen Hebel mit einer seitlichen Halteausnehmung; und
  • 9 eine perspektivische Darstellung eines Hebels.
  • 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein Ventil 1, das beispielsweise als Kraftstoffeinspritzventil ausgebildet ist. Das Ventil 1 weist einen Aktor 5 auf, der über ein Aktorgehäuse 2 gegen ein Ventilgehäuse 3 mit einer Spannmutter 4 gespannt ist. Der Aktor 5 ist in dieser Ausführungsform als piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Stirnseitig ist der Aktor 5 mit einer Aktorplatte 6 verbunden. Das Aktorgehäuse 2 liegt in Randbereichen auf einer ersten Distanzscheibe 9 auf, die wiederum auf einer zweiten Distanzscheibe 10 aufliegt, die auf einer Bodenfläche 11 des Ventilgehäuses 3 aufliegt.
  • Zwischen der Bodenfläche 11 und der Aktorplatte 6 ist ein Hebel 7 angeordnet. Der Hebel 7 liegt mit einer ersten Auflagefläche 12 auf der Bodenfläche 11 und mit einer zweiten Auflagefläche 13 auf einer Oberseite 15 eines Stellglieds 16 auf. Die dritte Auflagefläche 14 ist zwischen der ersten und der zweiten Auflagefläche angeordnet und liegt an der Aktorplatte 6 an. Das Stellglied 16 ist vorzugsweise über eine Feder 17 gegen den Hebel 7 vorgespannt und axial beweglich in einer Bohrung 18 des Aktorgehäuses 2 geführt. Je nach Ausführungsform kann auch auf die Feder 17 verzichtet werden. Das Stellglied 16 weist einen Stiftfortsatz 19 auf, der einem Schließglied 20 zugeordnet ist. Das Schließglied 20 ist einem kegelförmigen Dichtsitz 21 zugeordnet, der in einer Ablaufbohrung 22 ausgebildet ist. Die Ablaufbohrung 22 steht mit der Bohrung 18 und mit einer Steuerkammer in Verbindung, die wiederum in Wirkverbindung mit einer Einspritznadel steht. Die Steuerkammer wird über eine Zulaufdrossel mit Kraftstoff versorgt, der unter einem vorgebbaren Druck von einem Common-Rail-Speicher zur Verfügung gestellt wird. Ist der Druck in der Steuerkammer hoch, so wird die Einspritznadel auf einen Dichtsitz gedrückt und es erfolgt keine Einspritzung. Wird über die Betätigung des Aktors 5 das Stellglied 16 nach unten bewegt, so wird das Schließglied 20 vom Dichtsitz 21 abgehoben und Kraftstoff fließt aus der Steuerkammer über die Ablaufbohrung 22 und die Bohrung 18 in einen Ablaufkanal ab. Dadurch sinkt der Druck in der Steuerkammer, so dass die Einspritznadel, die beispielsweise von einer Feder vorgespannt ist, vom Dichtsitz abhebt. Somit wird eine Verbindung zwischen einem Einspritzraum und Einspritzlöchern geöffnet, so dass Kraftstoff aus dem Einspritzraum über die Einspritzlöcher abgegeben wird. Der Einspritzraum steht ebenfalls über eine Versorgungsleitung mit dem Common-Rail-Speicher in Verbindung, so dass der Einspritzraum immer mit Kraftstoff mit hohem Druck versorgt wird.
  • Bei einer Bestromung des Aktors 5 dehnt sich der Aktor 5 aus, so dass der Hebel 7 nach unten gedrückt wird. Dabei reibt der Hebel 7 mit der ersten, der zweiten und der dritten Auflagefläche 12, 13, 14 auf den zugeordneten Auflageflächen.
  • Anstelle der in 1 dargestellten Ausführungsform, bei der der Hebel eine Übertragung des Aktors auf ein Stellglied überträgt, kann der Hebel auch zur Übertragung einer Auslenkung des Aktors direkt auf eine Einspritznadel verwendet werden. Bei einer Betätigung des Stellglieds 16 durch den Aktor 5 ist die Masse des Hebels 7 von Bedeutung, da beispielsweise bei einem piezoelektrischen Aktor Bewegungen mit sehr hohen Beschleunigungswerten auftreten. Zudem sind die Auflageflächen des Hebels 7 großen Reibungskräften ausgesetzt, die zu einem Abrieb führen können. Zur Vermeidung des Abriebs ist der Hebel 7 vorzugsweise aus Hartmetall gefertigt. Als Hartmetall werden beispielsweise Mischungen aus 90% Wolframkarbid mit 10% Kobalt verwendet. Hartmetalle weisen die entsprechend hohe Stabilität und große Oberflächenhärte auf, haben jedoch ein hohes spezifisches Gewicht.
  • 2 zeigt einen Rohhebel 8, der mit einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wurde. Der Rohhebel 8 weist eine kantige Außenform auf, an der die erste, die zweite und die dritte Auflagefläche 12, 13, 14 mit Schleifverfahren angebracht werden müssen. Der Rohhebel 8 weist seitliche Ausnehmungen 23 auf, die an beiden Seitenflächen des Rohhebels 8 eingebracht sind. Die Ausnehmungen 23 sind durch das pulvermetallurgische Herstellungsverfahren eingebracht worden. Vorzugsweise weisen die Ausnehmungen 23 eine Kontur auf, die zur Fixierung an einer Haltestange einer Halteanordnung verwendet werden kann. Durch die Kontur wird eine feste Lage des Rohhebels 8 an der Haltestange festgelegt. Da an beiden Seitenflächen Ausnehmungen 23 eingebracht sind, kann der Rohhebel 8 an beiden Seiten von 2 Haltestangen gehaltert werden. Damit sind die an einer umlaufenden Randfläche 24 des Rohhebels 8 anzu bringenden Auflageflächen 12, 13, 14 für Schleifverfahren gut zugänglich.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch den Rohhebel 8, bei dem deutlich die seitlich eingebrachten Ausnehmungen 23 zu erkennen sind. Die Ausnehmungen 23 weisen vorzugsweise eine Tiefe von ungefähr einem Millimeter und eine Breite von ungefähr einem Millimeter auf. Der Hebel 7 weist insgesamt eine Breite von 5 mm und eine Höhe von 3 mm auf. Die Länge des Hebels 7 liegt bei ungefähr 6 mm.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Rohhebels 8, der eine durchgehende Ausnehmung 25 ausweist. Die durchgehende Ausnehmung 25 ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei eine Wand der Ausnehmung 25 senkrecht zur umlaufenden Randfläche 24 angeordnet ist.
  • Die erste, die zweite und die dritte Auflagefläche 12, 13, 14 weisen definierte Radien auf, die in der Weise ausgebildet sind, dass eine definierte Übersetzerfunktion gewährleistet ist und ein geringer Abrieb zwischen den Auflageflächen des Hebels 7 und den zugeordneten Auflageflächen entsteht. Die Auflageflächen stellen Funktionsflächen dar, die zur Übertragung von Kräften dienen.
  • 5 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine Form 26, die zur Herstellung eines Rohhebels 8 nach dem pulvermetallurgischen Verfahren verwendet wird. Die Form 26 weist eine Formwanne 27 auf, in die metallisches Pulver gemäß der gewünschten Zusammensetzung mit einem Bindemittel eingebracht wird. Das metallische Pulver 29 mit Binder wird von einem Formstempel 28 in die Formwanne 27 gepresst. Gleichzeitig wird das metallische Pulver 29 unter hohen Temperaturen gepresst. Auf diese Weise wird ein Rohhebel 8 hergestellt. Die Formwanne 27 und der Formstempel 28 sind gemäß der gewünschten Form des Rohhebels 8 ausgebildet. Die Ausführungsform gemäß 5 zeigt eine Form 26, mit der ein Rohhebel 8 gemäß 4 mit einer durchgehenden Ausnehmung 25 hergestellt werden kann. Sollen in den Rohhebel 8 nur seitliche Ausnehmungen 23 gemäß 3 eingebracht werden, so ist eine mittige Einbuchtung 30 der Formwanne 27 niedriger ausgebildet und der Formstempel 28 weist eine entsprechende zweite niedrigere Einbuchtung 31 auf.
  • 6 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von oben auf eine Formwanne 27 mit einer ersten Einbuchtung 30 und einem Formstempel 28 mit einer zweiten Einbuchtung 31. Auf Einzelheiten des pulvermetallurgischen Herstellungsverfahrens wird nicht näher eingegangen, da dieses im Stand der Technik bekannt ist und beispielsweise bei Dubbel, „Taschenbuch für den Maschinenbau", 19. Auflage, 1997, Berlin-Heidelberg-New York, unter dem Abschnitt „Fertigungsverfahren" im Kapitel 2.4, „Formgebung bei metallischen und keramischen Werkstoffen durch Sintern" auf den Seiten S18 bis S21 beschrieben ist.
  • 7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Haltevorrichtung mit zwei Haltestangen 32, die in Ausnehmungen 23 eines Rohhebels 8 eingeführt sind. Durch die Halterung des Rohhebels 8 können die an der umlaufenden Randfläche 24 anzubringenden Auflageflächen 12, 13, 14 mit Schleifscheiben in den gewünschten Radien angebracht werden.
  • 8 zeigt eine Haltestange 32 mit einem Endstück 33, das in die Ausnehmung 23 des Rohhebels 8 eingesteckt wird. Die Kontur des Endstücks 33 entspricht dabei passgenau der Kontur der Ausnehmung 23, so dass eine drehfeste Halterung des Rohhebels 8 durch die Halteanordnung gemäß 7 gewährleistet ist.
  • Vorzugsweise wird die Ausnehmung 23 oder die durchgehende Ausnehmung 25 in einer zentralen Position relativ weit beabstandet von den Auflageflächen 12, 13, 14 angeordnet. Allein zur Reduzierung der Masse des Hebels 7 kann die Ausneh mung 23 auch an einer Randfläche 24 ausgebildet sein, die nicht zur Übertragung von Kräften verwendet wird. Für eine einfache und sichere Halterung des Rohhebels 8 mit Haltestangen 32 ist es vorteilhaft, die Ausnehmungen 23 in den Seitenflächen 34, 35 des Rohhebels 8 einzubringen. Anstelle der zwei seitlichen Ausnehmungen 23 kann zur Halterung des Rohhebels 8 auch eine durchgehende Ausnehmung 25 gemäß 4 verwendet werden.
  • 9 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Hebel 7, der aus einem Rohhebel 8 hergestellt wurde.

Claims (12)

  1. Ventil (1), insbesondere Kraftstoffeinspritzventil, mit einem Aktor (5), dessen Auslenkung über einen Hebel (7) auf ein Stellglied (16) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) mindestens eine Ausnehmung (23, 25) aufweist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausnehmungen (23) an gegenüberliegenden Seitenflächen (34, 35) des Hebels (7) eingebracht sind.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (23) eine nicht-rotationssymmetrische Kontur aufweist.
  4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung als durchgehende Ausnehmung (25) ausgebildet ist, die den Hebel (7) vollständig durchsetzt.
  5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) symmetrisch zwischen Auflageflächen (12, 13, 14) des Hebels (7) angeordnet ist.
  6. Hebel (7) zur Übertragung einer Auslenkung eines Aktors (5) eines Ventils, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzventils (1), auf ein Stellglied (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) eine Ausnehmung aufweist.
  7. Hebel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei Seitenflächen (34, 35) des Hebels (7) Ausnehmungen eingebracht sind.
  8. Hebel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchgehende Ausnehmung (25) in den Hebel (7) eingebracht ist, die von einer Seitenfläche (34) zu einer gegenüberliegenden Seitenfläche (35) des Hebels (7) geführt ist.
  9. Hebel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (23, 25) einen nicht-rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist.
  10. Hebel nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Hebels nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) mit einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, wobei mindestens eine Ausnehmung (23, 25) in eine Seitenwand (34, 35) eines Rohhebels (8) über die zur Herstellung des Rohhebels (8) verwendete Form (27) eingebracht wird.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Hebels nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (23, 25) als Halteausnehmung zum Haltern des Hebels beim formgenauen Bearbeiten von Funktionsflächen genutzt werden.
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