Title:
Ventil zum Zumessen eines Fluids
Kind Code:
A1
Abstract:

Ein Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, das insbesondere als Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen elektromagnetischen Aktuator (2) und eine durch einen Anker (4) des Aktuators (2) betätigbare Ventilnadel (14). Die Ventilnadel (14) dient zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (18), der mit einer Ventilsitzfläche (19) zu einem Dichtsitz zusammen wirkt. Der Anker (4) weist eine Durchgangsbohrung (40) auf, durch die sich die Ventilnadel (14) erstreckt. An der Ventilnadel (14) sind bezüglich der Ventilnadel (14) ortsfeste Anschlagflächen (12, 16) vorgesehen, zwischen denen der Anker (4) an der Ventilnadel (14) bewegbar geführt ist. Der Anker (4) ist in Ankersegmente (25–27) unterteilt. Die Ankersegmente (25–27) sind so ausgestaltet, dass diese radial bezüglich einer Längsachse (22) der Ventilnadel (14) bewegbar sind.



Inventors:
Buehner, Martin (71522, Backnang, DE)
Boee, Matthias (71640, Ludwigsburg, DE)
Rogler, Philipp (70176, Stuttgart, DE)
Schoenrock, Olaf (70499, Stuttgart, DE)
Cerny, Stefan (71634, Ludwigsburg, DE)
Abel, Joerg (70839, Gerlingen, DE)
Schaad, Andreas (75433, Maulbronn, DE)
MAIER, Juergen (74354, Ottmarsheim, DE)
Application Number:
DE102015215536A
Publication Date:
02/16/2017
Filing Date:
08/14/2015
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10360330A1N/A2005-07-21
Claims:
1. Ventil (1) zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem elektromagnetischen Aktuator (2) und einer durch einen Anker (4) des Aktuators (2) betätigbaren Ventilnadel (14), die zum Betätigen eines Ventilschließkörpers (18) dient, der mit einer Ventilsitzfläche (19) zu einem Dichtsitz zusammen wirkt, wobei der Anker (4) eine Durchgangsbohrung (40) aufweist, durch die sich die Ventilnadel (14) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilnadel (14) bezüglich der Ventilnadel (14) ortsfeste Anschlagflächen (12, 16) vorgesehen sind, zwischen denen der Anker (4) an der Ventilnadel (14) bewegbar geführt ist, dass der Anker (4) in Ankersegmente (2527) unterteilt ist und dass die Ankersegmente (2527) so ausgestaltet sind, dass diese radial bezüglich einer Längsachse (22) der Ventilnadel (14) bewegbar sind.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankersegmente (2527) durch zumindest ein elastisches Element (46) untereinander elastisch zusammengehalten sind.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Außenseite (47) des Ankers (4) und einer Innenwand (49) eines Gehäuses (50) ein Ringspalt (51) vorgesehen ist und dass der Ringspalt (51) und der elastische Zusammenhalt der Ankersegmente (2527) so vorgegeben sind, dass bei einer Betätigung des Ankers (4) kein Kontakt der Ankersegmente (2527) an der Innenwand (49) des Gehäuses (50) ermöglicht ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ringfeder (46) und/oder zumindest ein elastisches Band (46) vorgesehen ist, das umfänglich um die Ankersegmente (2527) des Ankers (4) geführt ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elastisches Element (46) beziehungsweise zumindest eine Ringfeder (46) beziehungsweise zumindest ein elastisches Band (46) zumindest teilweise in einer an einer Außenseite (47) des Ankers (4) vorgesehenen Vertiefung (44) angeordnet ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest eine Vertiefung (44) in Umfangsrichtung (45) in Form einer Ringnut (44) über die Ankersegmente (2527) erstreckt und/oder dass zumindest eine Vertiefung (44) an einer Stirnseite (11, 15) des Ankers (4) angrenzt und in Form eines Absatzes (44) ausgestaltet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2), die Ankersegmente (2527) und gegebenenfalls das zumindest eine elastische Element (46) so ausgestaltet sind, dass bei einer Bestromung einer Magnetspule (3) des Aktuators (2) die Ankersegmente (2527) durch das von dem Aktuator (2) erzeugte Magnetfeld (5) die Ventilnadel (14) zumindest im Wesentlichen reibungsfrei freigeben und/oder dass der Aktuator (2), die Ankersegmente (2527) und gegebenenfalls das zumindest eine elastische Element (46) so ausgestaltet sind, dass bei einem Rückstellen des von der Ventilnadel (14) betätigbaren Ventilschließkörpers (18) an die Ventilsitzfläche (19) die Ankersegmente (2527) die Ventilnadel (14) zur Erzeugung einer Reibung festhalten.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankersegmente (2527) bezüglich der Längsachse (22) der Ventilnadel (14) als Winkelsegmente (2527) ausgestaltet sind.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei oder vier Ankersegmente (2527) vorgesehen sind oder dass wenigstens drei Ankersegmente (2527) vorgesehen sind.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankersegmente (2527) so ausgestaltet sind, dass bei einer gemeinsamen Anlage der Ankersegmente (2527) an der Ventilnadel (14) ein umfängliches Spiel und/oder jeweils Spalte (3436) zwischen den Ankersegmenten (2527) vorgegeben sind.

Description:
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.

Aus der DE 103 60 330 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dient. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil umfasst eine Ventilnadel, die mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen wirkt, und einen mit der Ventilnadel verbundenen Anker, der von einer Rückstellfeder in einer Schließrichtung beaufschlagt ist und der mit einer Magnetspule zusammen wirkt. Der Anker weist einen Bund auf, welcher mit einem dreieckigen Querschnitt umfänglich an dem Anker ausgebildet ist. Durch die Form des Bundes ist eine richtungsabhängige hydraulische Bedämpfung des Ankers möglich. Hierbei ergibt sich eine Bedämpfung der Öffnungsbewegung, während die Schließbewegung nahezu ungehindert erfolgt.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind. Insbesondere kann bei einer Ausgestaltung mit einem Ankerfreiweg eine verbesserte Mehrfacheinspritzfähigkeit bei kurzen Pausenzeiten erreicht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Bei dem Ventil zum Zumessen des Fluids ist der als Magnetanker dienende Anker nicht fest mit der Ventilnadel verbunden, sondern prinzipiell zwischen Anschlägen bewegbar, wobei ein Ankerfreiweg vorgegeben ist. Die Anschläge können durch Anschlaghülsen und/oder Anschlagringe realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit sind auch angeschliffene Schultern am Nadelstift, die je nach Ausgestaltung den oberen und/oder den unteren Anschlag darstellen können. Über eine Feder wird der Anker im Ruhezustand an einen bezüglich der Ventilnadel ortsfesten Anschlag verstellt, so dass der Anker dort anliegt. Bei der Ansteuerung des Ventils steht dann der komplette Ankerfreiweg als Beschleunigungsstrecke zur Verfügung.

Dieses Konzept hat gegenüber einer festen Verbindung des Ankers mit der Ventilnadel den Vorteil, dass durch den entstehenden Impuls des Ankers beim Öffnen bei gleicher Magnetkraft die Ventilnadel auch bei höheren Drücken sicher geöffnet werden kann. Dies kann als dynamische mechanische Verstärkung bezeichnet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Entkopplung der beteiligten Massen erfolgt, so dass die resultierenden Anschlagkräfte am Dichtsitz auf zwei Impulse aufgeteilt sind.

Allerdings ergeben sich spezifische Probleme, die mit der fliegenden Lagerung des Ankers an der Ventilnadel verbunden sind. Beim Schließen des Ventils kann der Anker nach dem Auftreffen auf den diesbezüglichen Anschlag konstruktionsbedingt wieder zurückprellen, so dass es im Extremfall vorkommen kann, dass der komplette Ankerfreiweg noch einmal durchlaufen wird und der Anker beim darauffolgenden Anschlagen an dem gegenüberliegenden Anschlag noch so viel Energie besitzt, dass die Ventilnadel noch einmal kurzzeitig aus ihrem Sitz gehoben wird. Eine hierdurch auftretende, ungewollte Nacheinspritzung bedingt einen erhöhten Verbrauch und erhöhte Schadstoffemissionen. Aber selbst wenn der Anker beim Zurückprellen nicht den kompletten Ankerfreiweg durchläuft, dann benötigt er doch einige Zeit, bis er sich wieder beruhigt und in die Ausgangsstellung gelangt. Erfolgt nun vor der endgültigen Beruhigung eine erneute Ansteuerung, was insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen mit kurzen Pausenzeiten zwischen den Einspritzungen von Bedeutung ist, dann ergibt sich keine robuste Ventilfunktion mehr. Beispielsweise können sich die Anschlagimpulse entsprechend vergrößern oder verringern, was im ungünstigen Fall zur Folge haben kann, dass das Ventil gar nicht mehr öffnet, da der Anschlagimpuls hierfür nicht mehr ausreicht.

In vorteilhafter Weise kann das Zurückprellen des Ankers beim Schließen des Ventils nach dem Auftreffen auf den Anschlag reduziert werden und eine schnellere Beruhigung des Magnetankers bezüglich seiner Ruhelage erzielt werden. Hierdurch ergibt sich eine robustere Mehrfacheinspritzfähigkeit bei kurzen Pausenzeiten. Des weiteren treten geringere Anschlagimpulse beim Schließen auf, da der Anker während der Schließbewegung gedämpft werden kann. Daraus resultieren ein geringerer Verschleiß am Anker, dem diesbezüglichen Anschlag und dem zwischen dem Ventilschließkörper und der Ventilsitzfläche gebildeten Dichtsitz. Somit ergeben sich auch geringere Funktionsänderungen über die Lebensdauer sowie eine geringere Anregung von Körperschall, was geräuschdämpfend wirkt.

Ein weiterer besonderer Vorteil, der sich entsprechend einer möglichen Ausgestaltung erzielen lässt, besteht darin, dass während des Schließvorgangs kein Verkippen des Ankers gegenüber der Ventilnadel, die als Nadelstift ausgebildet sein kann, mehr möglich ist. Der Aufprall an dem Anschlag erfolgt dann planparallel, wodurch das zwischen dem Anker und dem Anschlag eingeschlossene Fluid für eine bestmögliche hydraulische Dämpfung sorgt. Bei dem Fluid kann es sich je nach Ausgestaltung um den Brennstoff, der zugemessen wird, oder um ein separates flüssiges Fluid handeln.

Über die besondere Ausgestaltung des Ankers kann in vorteilhafter Weise eine richtungsabhängige Dämpfung der axialen Ankerbewegung mittels Reibung erfolgen. Einerseits kann eine Beschleunigung des Ankers ohne wesentliche Reibung zwischen dem Anker und der Ventilnadel erfolgen, was einen schnellen Impulsaufbau und somit ein sicheres Öffnen des Ventils ermöglicht. Zum anderen kann der Anker mittels Reibung nach dem Schließvorgang abgebremst werden, was geringere Anschlagimpulse, eine schnellere Beruhigung der Ankerbewegung und geringere Geräuschemissionen ermöglicht.

Durch den Aufbau des Ankers in Ankersegmente können außerdem Durchflussbohrungen im Magnetanker entfallen. Bei einer möglichen Ausgestaltung kann das Fluid, insbesondere der Brennstoff, nämlich durch zwischen den Ankersegmenten verbleibende Spalte hindurchfließen. Dadurch ergibt sich eine einfache Fertigung des Ankers. Durch Ringfedern oder dergleichen können außerdem die einzelnen Ankersegmente zueinander ausgerichtet werden, so dass diese nicht mehr gegenüber der Ventilnadel verkippen können. Dies bedingt ein planeres Anschlagen an einem Anschlag und bewirkt somit eine bessere hydraulische Dämpfung.

Die vorteilhafte Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 hat daher mehrere Vorteile. Durch das elastische Element ergibt sich eine relative Positionierung der Ankersegmente zueinander. Ferner wird eine entgegen der Magnetkraft wirkende Rückstellung der Ankersegmente an die Ventilnadel erzielt. Des weiteren kann über eine Vorspannung des elastischen Elements eine Anpresskraft an die Ventilnadel und somit die zum Bremsen aufgebrachte Reibung beeinflusst werden.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 3 wird vermieden, dass es speziell beim Öffnen zu einem Kontakt der Ankersegmente mit der Innenwand des Gehäuses kommt, was den Anker dämpfen würde. Gemäß den Weiterbildungen nach Anspruch 4 und/oder 5 können ein oder mehrere geeignete elastische Elemente in Form einer Ringfeder beziehungsweise eines elastischen Bands vorgesehen sein. Ein elastisches Band benötigt hierbei gegebenenfalls kein oder nur eine geringe umfänglich verlaufende Vertiefung an der Außenseite des Aktors, die sich über die Ankersegmente erstreckt. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 hat hierbei den Vorteil, dass eine definierte Position solch eines elastischen Elements besteht und ein gegebenenfalls über den Ringspalt strömendes Fluid hinsichtlich seiner Strömung nicht beeinträchtigt wird, wenn sich das elastische Element, insbesondere die Ringfeder oder das elastische Band, nicht nur teilweise, sondern vollständig in der Vertiefung befindet.

Die Weiterbildung nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass zum einen für die Öffnungsbewegung eine reibungsfreie Führung an der Ventilnadel erzielt werden kann. Zum anderen kann bei der Schließbewegung eine reibungsbehaftete Führung realisiert werden. Zudem kann beim Schließen aufgrund dem engen Kontakt zwischen den Ankersegmenten und der Ventilnadel eine verbesserte Führung im Vergleich zu einer spielbehafteten Führung erzielt werden. Dies ermöglicht eine bessere Ausrichtung des Ankers und somit eine bessere Ausrichtung der Stirnseite des Ankers zu der Anschlagfläche, an der er mit dieser Stirnseite anschlägt. Dadurch kann ein äußerst planares Anschlagen erzielt werden, was eine optimierte hydraulische Dämpfung aufgrund des gleichmäßig verdrängten flüssigen Fluids zwischen der Stirnseite des Ankers und der Anschlagfläche ermöglicht.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 hat den Vorteil, dass eine gegenseitige Beeinflussung, insbesondere eine Reibung zwischen den Winkelsegmenten, verhindert ist. Hierbei kann speziell in Kombination mit der Ausgestaltung nach Anspruch 10 erreicht werden, dass radial verlaufende Spalte zwischen den einzelnen Winkelsegmenten des Ankers ausgestaltet sind. Die relative Positionierung der Ankersegmente zueinander kann über ein oder mehrere elastische Elemente erfolgen, wie es im Anspruch 2 angegeben ist. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen besteht ausreichend Spiel zwischen den einzelnen Winkelsegmenten, so dass diese von dem elastischen Element zuverlässig gegen die Ventilnadel gedrückt werden können, um beim Schließen die Reibung aufzubringen. Ferner können die zwischen den Winkelsegmenten vorgesehenen, radial verlaufenden Spalte so dimensioniert werden, dass durch diese ein Fluidfluss ermöglicht ist. Dies ermöglicht auch eine Nachführung von dem Fluid, das zugemessen wird, insbesondere also einem Brennstoff. Ferner kann über die Dimensionierung der Spalte auch eine zusätzliche hydraulische Dämpfung des Ankers erzielt werden, was eine weitere Abstimmung an den jeweiligen Anwendungsfall ermöglicht. Vorzugsweise sind gemäß Anspruch 9 zumindest drei Ankersegmente, insbesondere drei Winkelsegmente, vorgesehen. Je nach Ausgestaltung des Ankers ergibt sich dadurch dann gegebenenfalls auch eine entsprechende Anzahl an Spalten zwischen den Ankersegmenten. Ferner ist gemäß Anspruch 9 auch eine Ausführung mit zwei, drei oder vier Ankersegmenten vorteilhaft, da sich dann eine reduzierte Anzahl an Einzelteilen ergibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

2 einen auszugsweisen, schematischen Schnitt durch das in 1 dargestellte Ventil des Ausführungsbeispiels der Erfindung entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie.

Ausführungsformen der Erfindung

1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der mehrere solcher Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile 1 ausgebildet sind und zur direkten Einspritzung von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Als Brennstoff können hierbei flüssige oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz kommen.

Das Ventil 1 weist einen Aktuator 2 auf, der eine Magnetspule 3 und einen Anker 4 umfasst. Durch Bestromen der Magnetspule 3 wird ein Magnetfeld aufgebaut, das schematisch und auszugsweise durch magnetische Feldlinien 5 veranschaulicht ist. Das Magnetfeld 5 beaufschlagt den Anker 4 in einer Öffnungsrichtung 6 mit einer axialen magnetischen Kraft 7 entgegen der Kraft einer Ankerfreiwegsfeder 8 und gegebenenfalls der Kraft einer Rückstellfeder 9, wobei die Federkraft (Federkräfte) 10 entgegen der axialen magnetischen Kraft 7 wirken.

Hierdurch ergibt sich folgender Ablauf. Ein Ausgangszustand, der einer Ruhelage des Ankers 4 entspricht, ist in der 1 dargestellt. Hierbei liegt der Anker 4 mit einer Stirnseite 11 an einer Anschlagfläche eines Anschlagelements 13 an. Durch die axiale, magnetische Kraft 7 wird der Anker 4 in der Öffnungsrichtung 6 beschleunigt, wobei eine Ventilnadel 14 zunächst noch ruht. Wenn der Anker 4 mit einer weiteren Stirnseite 15, die von der Stirnseite 11 abgewandt ist, an einer weiteren Anschlagfläche 16 eines weiteren Anschlagelements 17 anschlägt, dann nimmt er die Ventilnadel 14 mit. Ein von der Ventilnadel 14 betätigter Ventilschließkörper 18, der in der Ausgangsstellung mit einer Ventilsitzfläche 19 zu einem Dichtsitz zusammen wirkt, hebt sich von der Ventilsitzfläche 19 und öffnet somit den Dichtsitz.

Die weitere Bewegung vollzieht der Anker 4 gemeinsam mit der Ventilnadel 14, bis der Anker 4 an einem Innenpol 20 des Aktuators 2 anschlägt. Hier kann es noch zu einem Durchschwingen der Ventilnadel 14 kommen. Die Ventilnadel 14 wird von der Rückstellfeder 9 entgegen der Öffnungsrichtung 6 beaufschlagt, so dass nach dem Stromlosschalten der Magnetspule 3 die Ventilnadel 14 den Anker 4 entgegen der Öffnungsrichtung 6 mitnimmt. Wenn der Ventilschließkörper 18 wieder an der Ventilsitzfläche 19 anschlägt, dann kann der Anker 4 gegebenenfalls noch einen kompletten Ankerfreiweg 21 in und umgekehrter Richtung durchlaufen. Der Anker 4 schlägt dann an der Anschlagfläche 12 an und kann gegebenenfalls zurückprallen.

Prinzipiell besteht bei solch einem Zurückprallen des Ankers 4 beim Schließen das Problem, dass der Anker 4 gegebenenfalls den Ankerfreiweg 21 noch einmal durchläuft und an der weiteren Anschlagfläche 16 nochmals anschlägt. Dadurch kann die Ventilnadel 14 gegebenenfalls noch einmal kurz aus ihrem Sitz gehoben werden. Ferner kann eine gewisse Zeit bis zur Beruhigung des Ankers 4 vergehen.

Durch die Ausgestaltung des Ankers 4 entsprechend dem Ausführungsbeispiel wird eine richtungsabhängige Dämpfung erzielt. Die Ausgestaltung des Ankers 4 und die Funktionsweise sind im Folgenden auch anhand der 2 näher beschrieben.

2 zeigt einen auszugsweisen, schematischen Schnitt durch das in 1 dargestellte Ventil 1 des Ausführungsbeispiels entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie. Der Anker 4 weist Ankersegmente 25, 26, 27 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Winkelsegmente 25 bis 27 mit jeweils einem Öffnungswinkel 28, 29, 30 von näherungsweise 120° ausgebildet sind. Die Ankersegmente 25 bis 27 sind dadurch so ausgestaltet, dass diese radial, nämlich hier in den radialen Richtungen 31, 32, 33, bezüglich einer Längsachse 22 der Ventilnadel 14 bewegbar sind. Zwischen den Ankersegmenten 25 bis 27 ist paarweise ein umfängliches Spiel vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwischen den Ankersegmenten 25 bis 27 paarweise sogar Spalte 34, 35, 36 vorgegeben, die hier als in radialer Richtung verlaufende Spalte 34 bis 36 ausgestaltet sind. Somit können sich die Ankersegmente 25 bis 27 voneinander ungehindert in ihrer jeweiligen radialen Richtung 31 bis 33 und entsprechend zurück bewegen.

Der Anker weist eine Durchgangsbohrung 40 auf, die anteilig in jedem der Ankersegmente 25 bis 27 ausgebildet ist. Die Ventilnadel 14 erstreckt sich durch die Durchgangsbohrung 40. Der Anker 4 ist zwischen den Anschlagelementen 13, 17, die bezüglich der Ventilnadel 14 ortsfest sind, bewegbar geführt. Wäre der Anker 4 nicht segmentiert, dann müsste für die Betätigung in der Öffnungsrichtung 6 ein Spiel an der Durchgangsbohrung 40 gewährleistet werden, um einen ausreichenden Öffnungsimpuls beim Anschlagen an der weiteren Anschlagfläche 16 aufzubauen, um die Ventilnadel 14 zu betätigen. Dieses Spiel würde dann aber zwangsläufig auch bei der Schließbewegung bestehen, wodurch eine parallele Ausrichtung der Stirnseite 11 des Ankers 4 zu der Anschlagfläche 12 des Anschlagelements 13 beim dort erfolgenden Anschlagen nicht gewährleistet werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich nun ein vorteilhafter Mechanismus, der für die Öffnungsbewegung ein Spiel an der Durchgangsbohrung 40 ermöglicht und zugleich eine verbesserte Führung beim Schließen und Anschlagen an der Anschlagfläche 12, die sogar spielfrei sein kann, bewirkt. Durch das aufgebaute Magnetfeld 5 wird nicht nur eine axiale magnetische Kraft 7, die sich auf die Ankersegmente 25 bis 27 aufteilt, sondern auch jeweils eine radiale magnetische Kraft 41 bis 43 für jedes der Ankersegmente 25 bis 27 erzeugt. Diese radialen magnetischen Kräfte 41 bis 43 bewegen die Ankersegmente 25 bis 27 in den radialen Richtungen 31 bis 33 nach außen von der Längsachse 22 der Ventilnadel 14 weg.

Außerdem weist der Anker 4 eine Vertiefung 44 auf, die sich in einer Umfangsrichtung 45, also umfänglich, über die Ankersegmente 25 bis 27 erstreckt. Die Vertiefung 44 ist in diesem Ausführungsbeispiel als nutförmige Vertiefung 44 ausgestaltet. Die Vertiefung 44 ist hierbei einerseits von der Stirnseite 11 und andererseits von der Stirnseite 15 des Ankers 4 beabstandet. Allerdings kann sich die Vertiefung 44 auch zu einer der Stirnseiten 11, 15 hin öffnen, wodurch ein Absatz 44 gebildet ist.

In der Vertiefung 44 ist ein elastisches Element 46 angeordnet. Das elastische Element 46 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel ganz in der Vertiefung 44, das heißt es ragt nicht über eine Außenseite 47 des Ankers 4 hinaus. Das elastische Element 46 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Ringfeder 46 ausgebildet. Das elastische Element 46 kann auch als elastisches Band 46 ausgebildet sein. Das elastische Band 46 ist umfänglich um die Ankersegmente 25 bis 27 des Ankers 4 geführt und beaufschlagt diese entgegen der radialen magnetischen Kräfte 41 bis 43 mit jeweils einer Rückstellkraft 56 bis 58. Zusätzlich kann auch eine Vorspannung des elastischen Elements 46 eingestellt sein, um die Ankersegmente 25 bis 27 an der Durchgangsbohrung 40 gegen eine Außenseite 48 der Ventilnadel 14 zu beaufschlagen.

Die Ankersegmente 25 bis 27 sind somit durch das elastische Element 46 untereinander elastisch zusammengehalten. Ferner kann durch das elastische Element 46 eine Positionierung der Ankersegmente 25 bis 27 zueinander aufrechterhalten werden. Hierfür kann gegebenenfalls punktuell noch eine Verbindung zwischen dem elastischen Element 46 und den Ankersegmenten 25 bis 27 bestehen. Ferner ist es auch möglich, dass anstelle eines einzelnen elastischen Elements 46, das die Ankersegmente 25 bis 27 komplett umschlingt, mehrere elastische Elemente 46 vorgesehen sind. Außerdem können auch mehrere elastische Elemente 46 vorgesehen sein, was insbesondere axial beabstandet in mehreren axial zueinander beabstandeten Vertiefungen 44 möglich ist.

Durch die relative Positionierung der Ankersegmente 25 bis 27 zueinander ist auch gewährleistet, dass die Spalte 34 bis 36 nicht verschwinden.

Ferner ist zwischen der Außenseite 47 des Ankers 4 und einer Innenwand 49 eines Gehäuses 50 ein Ringspalt 51 ausgebildet. Der Ringspalt 51 ermöglicht die Bewegung der Ankersegmente 25 bis 27 in ihren radialen Richtungen 31 bis 33. Hierbei ist der Ringspalt 51 so ausgestaltet, dass im Rahmen einer Betätigung des Ventils 1 kein Kontakt der einzelnen Ankersegmente 25 bis 27 an der Innenwand 49 des Gehäuses 50 auftritt.

Außerdem kann über den freien Querschnitt, der durch den Ringspalt 51 und die Spalte 34 bis 36 realisiert ist, eine hydraulische Dämpfung erzielt und abgestimmt werden. Denn das den Anker 4 umgebende Fluid muss, falls es flüssig ist, durch diesen freien Querschnitt strömen, da es bei der Bewegung des Ankers 4 von diesem verdrängt wird. Somit kann auch eine hydraulische Dämpfung realisiert werden. Falls ein gasförmiges Fluid zugemessen wird, dann kann der Anker 4 hierfür in einem separaten, mit einem hierfür geeigneten flüssigen Fluid gefüllten Raum angeordnet werden.

Bei einer Betätigung des Ventils 1 ergibt sich nun folgender Ablauf. Zunächst liegt der Anker 4 mit seiner Stirnseite 11 an der Anschlagfläche 12 an. Beim Bestromen der Magnetspule 3 wird nicht nur die axiale magnetische Kraft 7 aufgebracht, die den Anker 4 beschleunigt, sondern es wirkt auch auf jedes der Ankersegmente 25 bis 27 die diesbezügliche radiale magnetische Kraft 41 bis 43. Somit kommt es zu einem wesentlichen Spiel im Bereich der Durchgangsbohrung 40, so dass der Anker 4 reibungsfrei in der Öffnungsrichtung 5 beschleunigt werden kann. Dadurch ergibt sich ein hoher Impuls zum Öffnen der Ventilnadel 14, wenn der Anker 4 mit seiner Stirnseite 15 an der weiteren Anschlagfläche 16 anschlägt.

Umgekehrt ergibt sich beim Schließen des Ventils 1 die Situation, dass durch das Stromlosschalten der Magnetspule 3 nicht nur die axiale magnetische Kraft 7, sondern auch die radialen magnetischen Kräfte 41 bis 43 verschwinden. Dadurch legen sich die Ankersegmente 25 bis 27 an der Durchgangsbohrung 40 an die Außenseite 48 der Ventilnadel 14 an. Hierdurch kommt es zur Reibung zwischen der Durchgangsbohrung 40 des Ankers 4 und der Außenseite 48 der Ventilnadel 14. Dies kann durch eine Vorspannung des elastischen Elements 46 entsprechend eingestellt werden. Die entstehende Reibung bedingt dann, wenn die Ventilnadel 14 in ihren Sitz fällt, eine Verzögerung des Ankers 4 über den Ankerfreiweg 21. Außerdem wird der Anker 4 nicht nur mit geringerem Spiel, sondern spielfrei an der Ventilnadel 14 geführt, was eine parallele Ausrichtung der Stirnseite 11 des Ankers 4 zu der Anschlagfläche 12 des Anschlagelements 13 ermöglicht. Am Endes des Durchlaufens des Ankerfreiwegs 21 entgegen der Öffnungsrichtung 6 kommt es daher zu einer gleichmäßigen Verdrängung des flüssigen Fluids, das sich zwischen der Stirnseite 11 und der Anschlagfläche 12 befindet, was eine hydraulische Dämpfung zur Folge hat. Somit kommt es im Ergebnis zu einer deutlichen Reduzierung des Anschlagimpulses und gegebenenfalls zu einer zeitlichen Verlängerung und Dämpfung des Anpralls. Ein Rückprellen wird dadurch verhindert oder zumindest in seinem Ausmaß verringert.

Eine mögliche Bewegung der Ankersegmente 25 bis 27 in ihren radialen Richtungen 31 bis 33 ist in den 1 und 2 durch unterbrochen dargestellte Linien 52 bis 54 veranschaulicht. Auch eine mögliche Aufdehnung des elastischen Elements 46 ist durch eine unterbrochen dargestellte Linie 55 veranschaulicht. Hieraus ist auch schematisch eine Aufweitung der Durchgangsbohrung 40 ersichtlich.

Beim Öffnen des Ventils 1 wirken somit die radialen magnetischen Kräfte 41 bis 43, also die radialen Komponenten 41 bis 43 der Magnetkraft, entgegen der radialen Federkräfte 56 bis 58 des elastischen Elements 46 und sorgen somit für ein Abheben der Ankersegmente 25 bis 27 von der Ventilnadel (Nadelstift) 14. Das elastische Element 46 ist dabei so ausgelegt, dass sich während des Öffnens des Ventils 1 ein radiales Kräftegleichgewicht an jedem der Ankersegmente 25 bis 27 ergibt. Die einzelnen Ankersegmente 25 bis 27 berühren dadurch weder innen die Ventilnadel 14 noch außen das Gehäuse 50 und können somit von der axialen magnetischen Kraft 7, also der axial wirkenden Magnetkraftkomponente 7, in idealer Weise ohne Festkörperreibung beschleunigt werden. Dadurch kann der zum robusten Öffnen der Ventilnadel 14 benötigte Impuls sicher aufgebaut werden.

Und in Folge des sich abbauenden Magnetfelds 5 sorgt das elastische Element 46 für eine Anpressung der einzelnen Ankersegmente 25 bis 27 an die Ventilnadel 14. Die dadurch entstehende Reibkraft wirkt entgegengesetzt zu der Ankerbewegung und sorgt damit für ein langsameres Anschlagen an dem Anschlagelement 13. Zudem sorgt die Anlage der einzelnen Ankersegmente 25 bis 27 an der Ventilnadel 14 dafür, dass sich diese gegenüber der Ventilnadel 14 nicht mehr verkippen können, was beispielsweise selbst bei einer engen Spielpassung noch möglich ist, und damit plan auf die Anschlagfläche 12 aufschlagen. Beide Maßnahmen, also die geringere Anschlaggeschwindigkeit durch Reibung und das planere Anschlagen durch Ausrichten an der Ventilnadel 14, sorgen für weniger Verschleiß, bessere hydraulische Dämpfung und niedrigere Geräuschemissionen.

Durch die schnellere Beruhigung der Ankerbewegung wird ein ungewolltes Nacheinspritzen verhindert und die Pausenzeiten bei Mehrfacheinspritzungen werden reduziert. Es versteht sich, dass unterschiedliche Abwandlungen von den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind. Speziell kann das elastische Element 46 eine von einer Ringfeder abgewandelte Ausgestaltung haben. Speziell kann das elastische Element 46 auch als elastisches Elastomerband ausgestaltet sein. Auch andere Ausgestaltungen des elastischen Elements 46 sind möglich. Ferner sind auch Lösungen denkbar, die eine entsprechende Funktion ermöglichen, wie es von einen umfänglich um den Anker 4 geführten elastischen Element 46 erzielbar ist.

Es sind auch weitere, den Anker 4 betreffende Abwandlungen denkbar. Unter anderem kann auch eine andere Anzahl an Ankersegmenten 25 bis 27 vorgesehen sein. Je nach Anwendungsfall ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Aufteilung des Ankers 4 in zwei bis vier Ankersegmente 25 bis 27 vorgesehen ist oder wenn wenigstens drei Ankersegmente 25 bis 27 vorgesehen sind.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 10360330 A1 [0002]