Title:
Magnetbaugruppe, Ventil und Hochdruckpumpe
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe (1) zur Betätigung eines Ventils (2), insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils zur Befüllung eines Hochdruckelementraums (3) einer Hochdruckpumpe (4) mit Kraftstoff, umfassend eine ringförmige Magnetspule (5) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (6) und einen zumindest abschnittsweise in die ringförmige Magnetspule (5) eingesetzten Polkern (7), der einen ersten Endanschlag (8) für den Anker (6) ausbildet. Erfindungsgemäß ist die Magnetspule (5) von einer Magnethülse (9) umgeben, die innenumfangseitig und/oder außenumfangseitig zumindest bereichsweise eine strukturierte Oberfläche (10) aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Ventil (2), insbesondere ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil zur Befüllung eines Hochdruckelementraums (3) einer Hochdruckpumpe (4) mit Kraftstoff, mit einer solchen Magnetbaugruppe (1) sowie eine Hochdruckpumpe (4) mit einem solchen Ventil (2).





Inventors:
Kolb, Stefan (71116, Gärtringen, DE)
Cichon, Gabriel (71634, Ludwigsburg, DE)
Application Number:
DE102016206669A
Publication Date:
10/26/2017
Filing Date:
04/20/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
H01F7/16; F16K31/06
Domestic Patent References:
DE102014200339A1N/A2015-07-16
Claims:
1. Magnetbaugruppe (1) zur Betätigung eines Ventils (2), insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils zur Befüllung eines Hochdruckelementraums (3) einer Hochdruckpumpe (4) mit Kraftstoff, umfassend eine ringförmige Magnetspule (5) zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker (6) und einen zumindest abschnittsweise in die ringförmige Magnetspule (5) eingesetzten Polkern (7), der einen ersten Endanschlag (8) für den Anker (6) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (5) von einer Magnethülse (9) umgeben ist, die innenumfangseitig und/oder außenumfangseitig zumindest bereichsweise eine strukturierte Oberfläche (10) aufweist.

2. Magnetbaugruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (10) punktuelle und/oder lineare Vertiefungen (11), insbesondere in Form von Nuten, Riefen oder Rillen aufweist, die vorzugsweise regelmäßig angeordnet sind.

3. Magnetbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (10) durch Rändeln, Prägen oder Strahlen hergestellt worden ist.

4. Magnetbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnethülse (9) einen sich nach radial außen erstreckenden ringförmigen Bund (12) zur Abstützung einer Überwurfmutter (13) aufweist.

5. Ventil (2), insbesondere elektromagnetisch betätigbares Saugventil zur Befüllung eines Hochdruckelementraums (3) einer Hochdruckpumpe (4) mit Kraftstoff, umfassend eine Magnetbaugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einen hubbeweglichen Anker (6), der gemeinsam mit dem Polkern (7) einen Arbeitsluftspalt (14) begrenzt, wobei vorzugsweise der Anker (6) mit einem Ventilkolben (15) koppelbar ist.

6. Ventil (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) in Richtung des Ventilkolbens (15) von der Federkraft einer Druckfeder (16) beaufschlagt ist, wobei die Federkraft der Druckfeder (16) größer als die Federkraft einer Ventilkolbenfeder (17) ist, deren Wirkrichtung der Wirkrichtung der Druckfeder (16) entgegengesetzt ist.

7. Ventil (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) in einer zentralen Ausnehmung (18) eines Ventilkörpers (19) hubbeweglich geführt ist und der Ventilkörper (19) einen sich nach radial innen erstreckenden ringförmigen Bund (20) zur Ausbildung eines zweiten Endanschlags (21) oder zur Abstützung einer den zweiten Endanschlag (21) ausbildenden Anschlagplatte (22) aufweist.

8. Hochdruckpumpe (4) für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Ventil (2) nach Anspruch 5 oder 6 sowie einem Gehäuseteil (23), in welches das Ventil (2) integriert ist.

9. Hochdruckpumpe (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (23) einen hohlzylinderförmigen Kragen (24) aufweist, mit dem die am Bund (12) der Magnethülse (9) abgestützte Überwurfmutter (13) verschraubt ist.

10. Hochdruckpumpe (4) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnethülse (9) am Ventilkörper (19) abgestützt ist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe zur Betätigung eines Ventils, insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils zur Befüllung eines Hochdruckelementraums einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Ventil, insbesondere ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil, sowie eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Ventil.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2014 200 339 A1 ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker sowie einen Polkern umfasst, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Anker ist zumindest abschnittsweise von einem Ventilkörper umgeben, der als Verschlussschraube ausgebildet ist und der Befestigung des Saugventils an der Hochdruckpumpe dient. Der Polkern und der Ventilkörper sind mittels einer Hülse verbunden, wobei die Verbindung der Hülse mit dem Polkern über eine Schweißnaht erfolgt. Da mit Anschlagen des Ankers am Polkern die Schweißnaht stark belastet wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Bauteilverbindung vorzeitig versagt, wird zur Entlastung der Schweißnaht vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise sollen die Robustheit der Bauteilverbindung und in der Folge die Robustheit des Saugventils gesteigert werden.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Robustheit eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils, insbesondere eines Saugventils der vorstehend genannten Art, weiter zu steigern.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Magnetbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner werden ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere Saugventil, mit einer solchen Magnetbaugruppe sowie eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Ventil vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Die zur Betätigung eines Ventils, insbesondere eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils, vorgeschlagene Magnetbaugruppe umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker und einen zumindest abschnittsweise in die ringförmige Magnetspule eingesetzten Polkern, der einen ersten Endanschlag für den Anker ausbildet. Erfindungsgemäß ist die Magnetspule von einer Magnethülse umgeben, die innenumfangseitig und/oder außenumfangseitig zumindest bereichsweise eine strukturierte Oberfläche aufweist. Durch die Strukturierung wird die Oberfläche der Magnethülse vergrößert. Dies hat zur Folge, dass die Wärmeabfuhr über die Magnethülse im Betrieb der Magnetbaugruppe verbessert wird. In der Folge sinkt die Temperatur der Magnetspule, so dass diese weniger stark belastet wird. Damit steigt die Robustheit der Magnetbaugruppe. Insbesondere wird die Robustheit gegenüber temperaturbedingten Beschädigungen erhöht. Dies wiederum ermöglicht die Verwendung von Werkstoffen, die weniger temperaturbeständig sind. Alternativ kann im Betrieb der Magnetbaugruppe – zumindest zeitweise – eine höhere Stromstärke gewählt werden.

Wird im Betrieb der Magnetbaugruppe die Magnetspule bzw. der die Magnetspule ausbildende Spulendraht von einem Erregerstrom durchflossen, erwärmt sich dieser. Die Erwärmung kann dazu führen, dass eine den Spulendraht isolierende Lackschicht schmilzt und es zu einem Windungsschluss kommt. Die verbesserte Wärmeabfuhr über die Magnethülse wirkt dem entgegen, da sie verhindert, dass die Spulentemperatur einen diesbezüglich kritischen Bereich erreicht.

Darüber hinaus ändert sich bei steigender Spulentemperatur der Widerstand. Das heißt, dass der Widerstand schwankt. Ein zu stark schwankender Widerstand führt jedoch zu sich ändernden Magnetkräften, so dass die Funktion der Magnetbaugruppe bzw. eines Ventils, das mittels der Magnetbaugruppe betätigt wird, beeinträchtigt ist. Die verbesserte Wärmeabfuhr über die Magnethülse schafft auch hier Abhilfe.

Bevorzugt weist die strukturierte Oberfläche punktuelle und/oder lineare Vertiefungen, insbesondere in Form von Nuten, Riefen oder Rillen auf. Derartige Strukturen sind vergleichsweise einfach zu realisieren. Vorzugsweise sind die Vertiefungen regelmäßig angeordnet, so dass sie sich gleichmäßig über die Oberfläche der Magnethülse erstrecken und eine gleichmäßige Wärmeabfuhr über die strukturierte Oberfläche gewährleisten.

Die strukturierte Oberfläche kann beispielsweise durch Rändeln, Prägen oder Strahlen hergestellt worden sein. Das heißt, dass die Strukturierung erst nachträglich aufgebracht worden ist, so dass herkömmliche Magnethülsen zur Realisierung der Erfindung einsetzbar sind, die hierzu lediglich einer Nachbearbeitung zu unterziehen sind.

Des Weiteren bevorzugt weist die Magnethülse einen sich nach radial außen erstreckenden ringförmigen Bund zur Abstützung einer Überwurfmutter auf. Mittels der Überwurfmutter lässt sich die Magnetbaugruppe in einfacher Weise an ein fremdes Gehäuseteil montieren. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Gehäuseteil einer Hochdruckpumpe mit integriertem Saugventil handeln, das mittels der Magnetbaugruppe betätigbar ist.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Ventil mit einer erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe und einem hubbeweglichen Anker vorgeschlagen. Der Anker begrenzt gemeinsam mit dem Polkern der Magnetbaugruppe einen Arbeitsluftspalt. Wird die Magnetspule der Magnetbaugruppe bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker in Richtung des Polkerns zieht, um den Arbeitsluftspalt zu schließen. Die verbesserte Wärmeabfuhr über die Magnethülse verringert dabei die Erwärmung der Magnetspule und wirkt damit einem stark schwankenden Widerstand bzw. einer sich ändernden Magnetkraft entgegen. Auf diese Weise kann die Ankerbewegung verbessert werden.

Vorzugsweise ist der Anker mit einem Ventilkolben des Ventils koppelbar. Über die Hubbewegung des Ankers kann dann die Bewegung des Ventilkolbens gesteuert werden. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe erhöht sich die Funktionssicherheit des Ventils.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil, das der Befüllung eines Hochdruckelementraums einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoff dient. Aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr und der verringerten Spulentemperatur kann die Magnetspule von einem stärkeren Erregerstrom durchflossen werden, ohne Gefahr zu laufen, dass die isolierende Lackschicht auf dem Spulendraht schmilzt und es zu einem Windungsschluss kommt. Eine Steigerung der Stromstärke wird beispielsweise beim „Boosten“ gefordert.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Anker in Richtung des Ventilkolbens von der Federkraft einer Druckfeder beaufschlagt ist. Die Druckfeder stellt den Kontakt des Ankers mit dem Ventilkolben bei unbestromter Magnetspule sicher. Die Federkraft der Druckfeder ist größer als die Federkraft einer Ventilkolbenfeder, deren Wirkrichtung der Wirkrichtung der Druckfeder entgegengesetzt ist. Dadurch ist es möglich, dass die Federkraft der Druckfeder das Ventil geöffnet hält, wenn die Magnetspule nicht von einem Erregerstrom durchflossen wird. Wird die Magnetspule bestromt, bewegt sich der Anker vom Ventilkolben weg in Richtung des Polkerns, so dass die Ventilkolbenfeder das Ventil zu schließen vermag.

Bevorzugt ist der Anker in einer zentralen Ausnehmung eines Ventilkörpers hubbeweglich geführt und der Ventilkörper weist einen sich nach radial innen erstreckenden ringförmigen Bund zur Ausbildung eines zweiten Endanschlags oder zur Abstützung einer den zweiten Endanschlag ausbildenden Anschlagplatte auf. Der Anker bewegt sich demnach zwischen zwei Endanschlägen hin und her, wobei der erste Endanschlag durch den Polkern und der zweite Endanschlag durch den Ventilkörper bzw. einer hieran abgestützten Anschlagplatte gebildet wird. Über die Lage des Polkerns zum Ventilkörper und/oder die Anschlagplatte kann der Hub des Ankers eingestellt werden. Ferner kann über die Anschlagplatte eine magnetische Trennung des Ankers vom Ventilkörper bewirkt werden. Die Anschlagplatte ist hierzu aus einem nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt.

Des Weiteren wird eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Ventil sowie einem Gehäuseteil vorgeschlagen, in welches das Ventil integriert ist. Bei dem Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil, das der Befüllung eines Hochdruckelementraums der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff dient. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe zeichnet sich das Ventil durch eine gesteigerte Robustheit und hohe Zuverlässigkeit aus. Dies wiederum wirkt sich positiv auf den Betrieb der Hochdruckpumpe aus. Das Ventil ist dabei bevorzugt derart gestaltet, dass die Magnetbaugruppe außerhalb des Gehäuseteils zu liegen kommt, um auch bei „integriertem“ Saugventil die gewünschte Wärmeabfuhr zu gewährleisten.

Bevorzugt weist das Gehäuseteil einen hohlzylinderförmigen Kragen auf, mit dem die am Bund der Magnethülse abgestützte Überwurfmutter verschraubt ist. Die Magnethülse sowie die weiteren Teile der Magnetbaugruppe kommen somit im Wesentlichen außerhalb des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe zu liegen, so dass die Wärmeabfuhr über die Magnethülse nicht beeinträchtigt wird.

Des Weiteren bevorzugt ist die Magnethülse am Ventilkörper abgestützt. Die Abstützung erfolgt vorzugsweise über eine Stirnfläche der Magnethülse. Die Magnethülse kann in diesem Fall dazu genutzt werden, die Lage des Ventilkörpers bzw. des Saugventils im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe zu fixieren. Beispielsweise kann die Magnethülse den Ventilkörper gegen einen Absatz des Gehäuseteils drücken, wenn die Überwurfmutter mit dem hohlzylinderförmigen Kragen des Gehäuseteils verschraubt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe im Bereich eines Saugventils mit einer erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe,

2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 und

3 eine vergrößerte Ansicht der Magnethülse der Magnetbaugruppe.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe 4 umfasst ein Gehäuseteil 23, in dem ein Hochdruckelementraum 3 ausgebildet ist, in den ein Ventilkolben 15 eines Saugventils 2 öffnet. Bei geöffnetem Saugventil 2 vermag Kraftstoff aus einem ringförmigen Niederdruckraum 25 über Zulaufbohrungen 26 in den Hochdruckelementraum 3 zu strömen. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe 4 wird der im Hochdruckelementraum 3 vorhandene Kraftstoff durch den Förderhub eines Pumpenkolbens 27 verdichtet und über ein Auslassventil 28 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.

Zum Öffnen des Saugventils 2 ist der Ventilkolben 15 mit einem Anker 6 koppelbar. Dieser wird in Richtung des Saugventils 2 von der Federkraft einer Druckfeder 16 beaufschlagt, die größer als die Federkraft einer Ventilkolbenfeder 17 ist, die den Ventilkolben 15 in Schließrichtung belastet. Die Druckfeder 16 hält somit das Saugventil 2 geöffnet, solange eine zur Einwirkung auf den Anker 6 vorgesehene Magnetspule 5 einer Magnetbaugruppe 1 unbestromt bleibt. Denn bei einer Bestromung der Magnetspule 5 baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 6 entgegen der Federkraft der Druckfeder 16 in Richtung eines Polkerns 7 bewegt, um einen zwischen dem Anker 6 und dem Polkern 7 ausgebildeten Arbeitsluftspalt 14 zu schließen. Dabei löst sich der Anker 6 vom Ventilkolben 15 und die Ventilkolbenfeder 17 vermag das Saugventil 2 zu schließen.

Der Polkern 7 bildet einen ersten Endanschlag 8 für den Anker 6 aus. Ein weiterer Endanschlag 21 wird durch eine Anschlagplatte 22 gebildet, die an einem ringförmigen Bund 20 eines Ventilkörpers 19 abgestützt ist. Der Bund 20 begrenzt eine Ausnehmung 18 des Ventilkörpers 19, in welcher der Anker 6 abschnittsweise aufgenommen ist. Die Lage des Polkerns 7 zum Ventilkörper 19 bestimmt demnach den Hub des Ankers 6. Der Anker 6 arbeitet nach dem Tauchankerprinzip. Das heißt, dass der Polkern 7 zumindest abschnittsweise in die ringförmige Magnetspule 5 eingreift und sich der Anker 6 innerhalb der Magnetspule 5 bewegt. Radial außen ist die Magnetspule 5 von einer Magnethülse 9 umgeben, die zusammen mit der Magnetspule 5 und dem Polkern 7 die Magnetbaugruppe 1 bildet. Die Magnethülse 9 weist einen sich nach radial außen erstreckenden ringförmigen Bund 12 auf, an dem eine Überwurfmutter 13 abgestützt ist, mittels welcher das Saugventil 2 an der Hochdruckpumpe 4 lagefixiert ist. Denn die Überwurfmutter 13 ist mit einem hohlzylinderförmigen Kragen 24 des Gehäuseteils 23 der Hochdruckpumpe 4 verschraubt, wobei die Magnethülse 9 den Ventilkörper 19 gegen das Gehäuseteil 23 drückt. Die Magnethülse 9 ist hierzu stirnseitig am Ventilkörper 19 abstützt.

Wie in der 2 durch eine gepunktete Linie angedeutet, weist die Magnethülse 9 sowohl außen- als auch innenumfangseitig Oberflächen 10 auf, die strukturiert sind. Die Strukturierung vergrößert die Oberfläche 10 der Magnethülse 9 und verbessert auf diese Weise die Wärmeabfuhr über die Magnethülse 9, wenn die Magnetspule 5 bestromt wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung einer strukturierten Oberfläche 10 ist in der 3 dargestellt. Sie zeigt eine Teilansicht der Magnethülse 9. Oberhalb des Bunds 12 weist die Oberfläche 10 lineare Vertiefungen 11 auf, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und eine gitterartige Struktur ausbilden. Die linearen Vertiefungen 11 sind durch Rändeln der Oberfläche 10 hergestellt worden.

Die über die strukturierte Oberfläche 10 bewirkte Oberflächenvergrößerung führt zu einer erhöhten Wärmeabfuhr. In der Folge verringert sich die Erwärmung der Magnetspule 5 bei Bestromung und die Gefahr einer temperaturbedingten Beschädigung der Magnetspule 5 wird herabgesetzt. Beispielsweise wirkt die erhöhte Wärmeabfuhr einem Schmelzen der Spulendrahtisolierung und damit einem Windungsschluss entgegen. Zudem führt eine geringere Erwärmung der Magnetspule 5 zu einer geringeren Veränderung des Widerstands bzw. der Magnetkraft. Auf diese Weise ist eine hohe Funktionssicherheit des Saugventils 2 sichergestellt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014200339 A1 [0002]