Title:
Magnetkreis, elektromagnetisch betätigbares Saugventil und Kraftstoff-Hochdruckpumpe
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft einen Magnetkreis (1) für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil (2) einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3), umfassend eine ringförmige Magnetspule (4) zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen (5, 6) hubbeweglichen Anker (7) und einen mindestens einen Endanschlag (5, 6) ausbildenden Körper (8), der zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist. Erfindungsgemäß definieren die Endanschläge (5, 6) einen Ankerbewegungsraum (9), der vollständig innerhalb des Körpers (8) ausgebildet ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil (2) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) sowie eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) mit einem solchen Saugventil (2).





Inventors:
Landenberger, Tobias (73614, Schorndorf, DE)
Application Number:
DE102016213984A
Publication Date:
02/01/2018
Filing Date:
07/29/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
H01F7/16; F02M59/46; F16K31/06; H01F7/121
Claims:
1. Magnetkreis (1) für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil (2) einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3), umfassend eine ringförmige Magnetspule (4) zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen (5, 6) hubbeweglichen Anker (7) und einen mindestens einen Endanschlag (5, 6) ausbildenden Körper (8), der zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Endanschläge (5, 6) einen Ankerbewegungsraum (9) definieren, der vollständig innerhalb des Körpers (8) ausgebildet ist.

2. Magnetkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) in einem additiven Herstellungsverfahren, vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren, hergestellt worden ist.

3. Magnetkreis (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) aus mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei unterschiedlichen Materialien gefertigt ist.

4. Magnetkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) einen hülsenförmigen Abschnitt (10) aufweist, der aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist, wobei an den hülsenförmigen Abschnitt (10) in axialer Richtung beidseits Abschnitte (11, 12) angrenzen, die jeweils aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sind.

5. Magnetkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) bereichsweise, vorzugsweise im Bereich mindestens eines Endanschlags (5, 6), aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist.

6. Magnetkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) einen den Ankerbewegungsraum (9) in axialer Richtung begrenzenden Ringbund (13, 13‘) zur Ausbildung eines Endanschlags (5) aufweist.

7. Magnetkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (8) eine den Ankerbewegungsraum (9) in radialer Richtung begrenzende Innenumfangsfläche (14) aufweist, wobei vorzugsweise in der Innenumfangsfläche (14) den Ankerbewegungsraum (9) erweiternde Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Längsnuten, ausgebildet sind.

8. Elektromagnetisch betätigbares Saugventil (2) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) mit einem Magnetkreis (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorzugsweise der Körper (8) die ringförmige Magnetspule (4) durchgreift.

9. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Saugventil (2) nach Anspruch 8, wobei vorzugsweise das Saugventil (2) in ein Gehäuseteil (15) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (3) integriert ist.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Magnetkreis mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Magnetkreis sowie eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Saugventil.

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, mit einem Magnetkreis bekannt, der eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker und einen Polkern umfasst. Der Polkern liegt dem Anker an einem Arbeitsluftspalt gegenüber und bildet somit einen ersten Endanschlag für den Anker aus. Ein zweiter Endanschlag wird durch eine Ventilschraube gebildet, die den Anker zumindest abschnittsweise umgibt und der Befestigung des Saugventils an der Hochdruckpumpe dient. Der Polkern und die Ventilschraube sind mittels einer Hülse verbunden, die einerseits mit dem Polkern, andererseits mit der Ventilschraube verschweißt ist. Da mit Anschlagen des Ankers am Polkern bzw. an der Ventilschraube die Schweißnähte stark belastet werden, wird zur Entlastung der Schweißnähte vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise soll die Robustheit der Bauteilverbindungen gesteigert werden, so dass die Gefahr eines vorzeitigen Versagens der Bauteilverbindungen verringert wird.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mechanische Belastbarkeit eines Magnetkreises für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe weiter zu erhöhen. Zudem soll der Magnetkreis einfach herstellbar sein.

Zur Lösung der Aufgabe wird der Magnetkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit einem erfindungsgemäßen Magnetkreis sowie eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Saugventil angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Der für ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe vorgeschlagene Magnetkreis umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen zwischen zwei Endanschlägen hubbeweglichen Anker und einen mindestens einen Endanschlag ausbildenden Körper, der zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist. Erfindungsgemäß definieren die Endanschläge einen Ankerbewegungsraum, der vollständig innerhalb des Körpers ausgebildet ist. Das heißt, dass der Körper eine axiale Erstreckung besitzt, die größer als die des Ankerbewegungsraums ist. Zugleich wird der Ankerbewegungsraum in radialer Richtung sowie in mindestens einer axialen Richtung von dem Körper begrenzt.

Da der Körper zumindest abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt ist, vermag er einen Polkern und/oder einen Ventilkörper zu ersetzen. Darüber hinaus ist eine der Verbindung von Polkern und Ventilkörper dienende Hülse verzichtbar. Das heißt, dass die Anzahl der Bauteile gesenkt und die Montage erleichtert wird. Insbesondere entfällt der Montageschritt der Verschweißung der Hülse mit dem Polkern bzw. dem Ventilkörper. Der Wegfall der Schweißnähte hat ferner zur Folge, dass die Robustheit des Magnetkreises gesteigert wird.

Darüber hinaus entfallen Dichtstellen zur Abdichtung des in der Regel medienbeaufschlagten Ankerbewegungsraums. Bei dem Medium kann es sich insbesondere um Kraftstoff handeln, wenn der Magnetkreis der Betätigung eines Saugventils für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe dient. Der den Ankerbewegungsraum begrenzende, einteilig ausgeführte Körper stellt insbesondere sicher, dass die radial außen in Bezug auf den Körper angeordnete Magnetspule nicht in Kontakt mit dem im Ankerbewegungsraum aufgenommenen Medium gelangt. Dadurch reduziert sich der Aufwand, der üblicherweise erforderlich ist, um die gewünschte Dichtheit bei „trockener“ Magnetspule herzustellen, deutlich.

Die Bestandteile des Magnetkreises sind vorzugsweise derart angeordnet, dass der den Ankerbewegungsraum ausbildende Körper die ringförmige Magnetspule durchgreift. Der Ankerbewegungsraum kommt demnach – zumindest abschnittsweise – innerhalb der Magnetspule zu liegen. Der Magnetkreis eignet sich somit insbesondere zur Realisierung einer nach dem Tauchankerprinzip arbeitenden Magnetbaugruppe.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der den Ankerbewegungsraum ausbildende Körper in einem additiven Herstellungsverfahren, vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren, hergestellt worden. Additive Herstellungsverfahren, wie beispielsweise das 3D-Drucken, ermöglichen einen Aufbau des Körpers um ein weiteres Bauteil herum. Beispielsweise kann der Körper um ein als Anker dienendes Bauteil herum aufgebaut werden, so dass ein weiterer Montageschritt entfällt. Ferner kann der Körper derart gestaltet werden, dass er den Anker beidseitig umgreift. Auf diese Weise kann ein Körper geschaffen werden, der beide Endanschläge für den Anker ausbildet. Die Herstellung des Körpers in einem 3D-Druckverfahren besitzt ferner den Vorteil, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien einsetzbar ist, so dass eine möglichst funktionsgerechte Materialauswahl getroffen werden kann.

Bevorzugt ist der Körper aus mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei unterschiedlichen Materialien gefertigt. Die unterschiedlichen Materialien kommen dabei bevorzugt in unterschiedlichen Bereichen und/oder Abschnitten des Körpers zum Einsatz. Das Material kann dann in diesem Fall optimal auf die jeweilige Funktion eines Bereichs bzw. Abschnitts abgestimmt werden.

Als Teil des Magnetkreises muss der Körper zumindest bereichs- oder abschnittsweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sein, damit der Magnetfluss gewährleistet ist. Das Material ist daher insbesondere im Hinblick auf seine magentischen Eigenschaften auszuwählen. Materialien mit besonders guten magnetischen Eigenschaften sind jedoch in der Regel wenig verschleißfest, so dass sie sich weniger gut zur Ausbildung von mechanisch hoch belasteten Anschlags- oder Führungsflächen eignen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien kann dieser Zielkonflikt gelöst werden.

Beispielsweise kann ein als Endanschlag für den Anker dienender Bereich bzw. Abschnitt aus einem besonders harten, verschleißfesten Material gefertigt sein, um den Verschleiß in diesem Bereich bzw. Abschnitt durch den anschlagenden Anker zu minimieren. Alternativ oder ergänzend kann ein der Führung des Ankers dienender Bereich oder Abschnitt aus einem Material gefertigt sein, das sich als besonders verschleißfest in Bezug auf die in der Führung auftretenden Reibungskräfte erweist. Im Übrigen kann der Körper aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sein, um einen hohen Magnetfluss zu gewährleisten.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Körper einen hülsenförmigen Abschnitt aufweist, der aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist, wobei an den hülsenförmigen Abschnitt in axialer Richtung beidseits Abschnitte angrenzen, die jeweils aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sind. Ein derart aufgebauter Körper vermag einen Polkern, einen Ventilkörper und eine den Polkern mit dem Ventilkörper verbindende Hülse zu ersetzen, die üblicherweise zugleich der magnetischen Trennung von Polkern und Ventilkörper dient und demzufolge aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Alle drei Bauteile, nämlich Polkern, Ventilkörper und Hülse, werden demnach durch einen einzigen Körper ausgebildet, wodurch die Anzahl der Bauteile deutlich gesenkt wird. Ferner wird die Montage des Magnetkreises erleichtert, da es weniger Bauteile zu verbinden gilt. Zugleich sinkt die Anzahl an Dichtstellen, die es durch zusätzliche Maßnahmen abzudichten gilt.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Körper bereichsweise, vorzugsweise im Bereich mindestens eines Endanschlags, aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Durch die Anordnung eines solchen Materials im Bereich eines Endanschlags kann einem magnetischen Kleben des Ankers am Endanschlag entgegengewirkt werden. Das nicht magnetische bzw. nicht magnetisierbare Material bildet demnach bevorzugt eine als Endanschlag dienende Anschlagfläche für den Anker aus. Bei einer entsprechenden Materialauswahl können zugleich Dämpfungseffekte im Bereich eines Endanschlags erzielt werden, so dass die Robustheit des Magnetkreises weiter steigt.

Bevorzugt weist der Körper des Magnetkreises einen den Ankerbewegungsraum in axialer Richtung begrenzenden Ringbund zur Ausbildung eines Endanschlags für den Anker auf. Der Ringbund lässt eine Öffnung frei, durch welche ein Abschnitt des Ankers oder ein mit dem Anker verbundener Kontaktstift zur Kontaktierung eines Ventilstößels hindurchführbar ist. Über den Magnetkreis kann somit der Ventilstößel direkt betätigt werden.

Der Ringbund kann zumindest bereichsweise aus einem Material gefertigt sein, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Dies gilt insbesondere für einen den Ankerbewegungsraum begrenzenden Bereich des Ringbunds. Der Ringbund bzw. der den Ringbund ausbildende Körper vermag auf diese Weise eine als Endanschlag dienende Anschlagplatte zu ersetzen, die üblicherweise in den Ankerbewegungsraum eingesetzt und an einem Ringbund des Ventilkörpers abgestützt wird. Ein derart ausgebildeter Ringbund wirkt einem magnetischen Kleben des Ankers am Endanschlag entgegen. Ferner kann der Verschleiß im Bereich des Endanschlags am Ringbund verringert werden, wenn ein Material gewählt wird, das zudem besonders hart und verschleißfest ist.

Analog einer im 3D-Druckverfahren hergestellten Anschlagplatte kann im Bereich des weiteren Endanschlags eine Restluftspaltscheibe ausgebildet werden. Um einem magnetischen Kleben des Ankers am weiteren Endanschlag entgegen zu wirken, wird hierzu bevorzugt ein Material verwendet, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Körper eine den Ankerbewegungsraum in radialer Richtung begrenzende Innenumfangsfläche aufweist. Über die Innenumfangsfläche des Körpers kann eine Führung des Ankers bewirkt werden. Bevorzugt weist die Innenumfangsfläche Ausnehmungen auf, die den Ankerbewegungsraum erweitern. Die Ausnehmungen verringern den Kontaktbereich des Ankers mit dem Körper, so dass der Verschleiß aufgrund Reibung verringert wird. Ferner bilden die Ausnehmungen Taschen aus, in denen sich das im Ankerbewegungsraum vorhandene Medium sammeln kann, was den Aufbau eines Schmierfilms begünstigt. Ausnehmungen in Form von Längsnuten fördern bei einer Hubbewegung des Ankers einen Druckausgleich innerhalb des Ankerbewegungsraums.

Da elektromagnetisch betätigbare Saugventile den bevorzugten Anwendungsbereich für einen erfindungsgemäßen Magnetkreis darstellen, wird ferner ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem solchen Magnetkreis vorgeschlagen. Durch die erhöhte mechanische Belastbarkeit des Magnetkreises kann auch die Robustheit und damit die Lebensdauer des Saugventils gesteigert werden. Zugleich ist das Saugventil einfach herstellbar, da der Montageaufwand deutlich verringert ist.

Vorzugsweise durchgreift der den Ankerbewegungsraum ausbildende Körper die ringförmige Magnetspule. Auf diese Weise wird eine in axialer Richtung kompakt bauende Anordnung erreicht, die den Bauraumbedarf des Saugventils senkt.

Ferner wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Saugventil angegeben. Das Saugventil ist dabei bevorzugt in ein Gehäuseteil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert, so dass eine besonders kompakt bauende Anordnung erreicht wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit einem erfindungsgemäßen Magnetkreis, wobei das Saugventil in ein Gehäuseteil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe integriert ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das dargestellte elektromagnetisch betätigbare Saugventil 2 dient der Befüllung eines Hochdruckelementraums 18 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 3 mit Kraftstoff. Das Saugventil 2 ist hierzu in ein Gehäuseteil 15 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 3 integriert, in dem auch der Hochdruckelementraum 18 ausgebildet ist. Ein Ventilstößel 16 des Saugventils 2, der in einer Bohrung 17 des Gehäuseteils 15 hubbeweglich geführt ist, öffnet in den Hochdruckelementraum 18, so dass Kraftstoff aus einem Niederdruckraum 22 über Zulaufbohrungen 23 und einen Ventilsitz 21 in den Hochdruckelementraum 18 strömen kann. Im Förderbetrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 3 wird der im Hochdruckelementraum 18 vorhandene Kraftstoff komprimiert und über eine Auslassventil 19 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Währenddessen ist das Saugventil 2 geschlossen, wobei eine Ventilfeder 20 den Ventilstößel 16 in den Ventilsitz 21 zieht.

Zur Betätigung des Ventilstößels 16 weist das Saugventil 2 einen Magnetkreis 1 auf, der eine ringförmige Magnetspule 4 und einen die Magnetspule 4 durchsetzenden Körper 8 umfasst. Der Körper 8 bildet einen Ankerbewegungsraum 9 für einen zwischen zwei Endanschlägen 5, 6 hubbeweglichen Anker 7 aus, der vollständig im Körper 8 aufgenommen ist. Der Körper 8 bildet somit auch die beiden Endanschläge 5, 6 aus. Dies ist möglich, da der Körper 8 in einem 3D-Druckverfahren hergestellt worden ist, wobei der Aufbau um den Anker 7 herum erfolgte. Eine ferner im Körper 8 aufgenommene Feder 24, die den Anker 7 in Richtung des Ventilstößels 16 belastet, ist nachträglich durch eine zentrale Bohrung 26 des Ankers 7 eingesetzt worden. Anschließend ist in die Bohrung 15 ein Kontaktstift 26 eingepresst worden, welcher der Kontaktierung des Ventilstößels 16 dient. Der ventilsitzseitige Endanschlag 5 wird entsprechend durch einen Ringbund 13 des Körpers 8 gebildet, der ein Hindurchführen des Kontaktstifts 26 erlaubt.

Der Ringbund 13 ist im Bereich 13‘ aus einem Material gefertigt, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Auf diese Weise wirkt der Ringbund 13, 13‘ einem magnetischen Kleben des Ankers 7 am Endanschlag 5 entgegen. Der Bereich 13‘ ist ebenfalls gedruckt worden, und zwar bei der Herstellung des Körpers 8. Gleiches gilt für einen hülsenförmigen Abschnitt 10 des Körpers 8, welcher der Führung des Ankers 7 dient und ebenfalls aus einem Material gefertigt ist, das weder magnetisch noch magnetisierbar ist. Denn der hülsenförmige Abschnitt 10 soll eine magnetische Trennung zwischen den beidseits angrenzenden Abschnitten 11, 12 bewirken, die aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Magnetfluss über den Anker 7 erfolgt, wenn die Magnetspule 4 bestromt wird. Die Führung des Ankers 7 wird über eine Innenumfangsfläche 14 des hülsenförmigen Abschnitts 10 bewirkt.

Bei einer Bestromung der Magnetspule 4 baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 7 entgegen der Federkraft der Feder 24 in Richtung des Abschnitts 12 des Körpers 8 zieht. Dabei löst sich der Kontaktstift 26 vom Ventilstößel 16 und die Ventilfeder 20 vermag den Ventilstößel 16 in den Ventilsitz 21 zu ziehen. Wird die Bestromung der Magnetspule 4 beendet, drückt die Feder 24 den Anker 7 in Richtung des Ringbunds 13 des Körpers 8, wobei der Kontaktstift 26 zur Anlage am Ventilstößel 16 gelangt und diesen gegen die Federkraft der Ventilfeder 20 aus dem Ventilsitz 21 hebt.

Der einteilig ausgeführte Körper 8 vereint mehrere Funktionen in einem Bauteil. Insbesondere ersetzt er einen Polkern und einen Ventilkörper, die über eine Hülse verbunden und zugleich magnetisch getrennt sind. Der Körper 8 ist hierzu aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Die Herstellung erfolgt bevorzugt in einem 3D-Druckverfahren, das die Verwendung unterschiedlicher Materialien sowie die Fertigung ineinander liegender Bauteile ermöglicht. Insbesondere kann der Körper 8 um den Anker 7 herum aufgebaut werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014200339 A1 [0002]