HORN, Matthias (Im Kirchfeld 42, Freiberg, 71691, DE)
RETTICH, Andreas (Planstr. 1, Herrenberg-Kuppingen, 71083, DE)
HOFFMANN, Florian (Adolf-Schlitter-Str. 21/1, Ludwigsburg, 71638, DE)
LEISTER, Jens (Alexanderstr. 12, Kornwestheim, 70806, DE)
HORN, Matthias (Im Kirchfeld 42, Freiberg, 71691, DE)
RETTICH, Andreas (Planstr. 1, Herrenberg-Kuppingen, 71083, DE)
HOFFMANN, Florian (Adolf-Schlitter-Str. 21/1, Ludwigsburg, 71638, DE)
| Patentansprüche 1 . Magnetventil (1 ) mit einer Magnetgruppe (2), die eine Magnetspule (5) und einen Magnetkern, bestehend aus einem Magnetkerninnenpol (3) und einen Magnetkernaußenpol (4), aufweist, und mit einer Ankerplatte (7, 7') sowie einem Ankerbolzen (9), ferner einen durch eine Restluftspaltscheibe (12) gebildeten Anschlag im Bereich einer Stirnseite des Magnetkerns, wobei weiterhin zwischen der Ankerplatte (7) und der Magnetgruppe (2) ein Restluftspalt (18) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Restluftspalt (18) zwischen dem Magnetkernaußenpol (4) und dem Außendurchmesser der Ankerplatte (7) in radialer Richtung verschlossen ist. 2. Magnetventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Restluftspalt (18) gegen ein Zuströmen von Kraftstoff verschlossen ist. 3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (12) zusammenwirkend mit dem Magnetkernaußenpol (4), einer die Magnetgruppe (2) umfassenden Magnethülse (6) und der Ankerplatte (7) den Restluftspalt (18) verschließt. 4. Magnetventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (12) eine Kreisringscheibe (14, 14', 14") ist. 5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibe (14, 14', 14") innenliegende Stege (15, 15') aufweist, die im Zentrum der Kreisringscheibe (14, 14', 14") miteinander verbunden sind. 6. Magnetventil nach Anspruch (5), dadurch gekennzeichnet, dass in das Zentrum der Kreisringscheibe (14, 14', 14") eine Bohrung (16) eingelassen ist. 7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vier Stege (15, 15') vorgesehen sind. 8. Magnetventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Restluftspalt (18) von einem Absatz (17) an der Ankerplatte (7, 7') zusammenwirkend mit dem Magnetkernaußenpol (4) und einer die Magnetgruppe (2) umfas- senden Magnethülse (6)verschlossen ist. 9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Restluftspalt (18) von einem Absatz an dem Magnetkernaußenpol (4) zusammenwirkend mit der Ankerplatte (7) und einer die Magnetgruppe (2) umfassenden Magnethülse (6)verschlossen ist. 10. Magnetventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Restluftspaltscheibe (12) aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt ist. |
Titel
Minimierunq des Ankerschließprellens durch ein Verzöqerunqsqlied im Restluftspalt
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einer Magnetgruppe, die eine Magnetspule und einen Magnetkern bestehend aus einem Magnetkerninnenpol und einen Magnetkernaußenpol aufweist, und mit einer Ankerplatte sowie einem Ankerbolzen, ferner einen durch eine Restluftspaltscheibe gebildeten Anschlag im Bereich einer Stirnseite des Magnetkerns, wobei weiterhin zwischen der Ankerplatte und der Magnetgruppe ein Restluftspalt besteht.
Ein derartiges Magnetventil ist aus der DE 10 2008 040 073 A1 bekannt. Mit diesem Magnetventil soll eine Stabilisierung, das heißt eine erhebliche Verbesserung der Reproduzierbarkeit, der Schaltvorgänge eines Magnetventils zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors erreicht werden, ohne dass hierzu zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind und zusätzliche Kosten bewirkt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stirnseite des Magnetkerns oder eine der Stirnseite des Magnetkerns gegenüberliegende Ankerplattenfläche zumindest in einem bestimmten Bereich eine von einer planen Ebene abweichende geneigt und/oder kurvenförmig verlaufende Fläche aufweist.
Ein weiteres Magnetventil ist aus der DE 10 2009 003 213 A1 bekannt. Dieses Magnetventil weist eine Restluftspaltscheibe auf, die durch Kraftschluss an Einklemmstellen an der der Ankerplatte zuweisenden Stirnseite des Magnetkerns anliegend an einer Magnethülse fixiert ist. Die Restluftspaltscheibe ist aus einem ferromagnetischen oder nicht-magnetischen Material, beispielsweise einer metallischen Folie, mit einer einfachen Geometrie hergestellt. Durch die Fixierung der Restluftspaltscheibe an Ein- klemmstellen durch Kraftschluss wird die Restluftspaltscheibe nach Montage der Magnetbaugruppe und vor der Injektormontage eingebaut, wobei der gesamte Montageablauf nicht gestört wird und demnach vereinfacht ist. Zur Befestigung weist die Restluftspaltscheibe vorstehende Zungen auf, die bei dem Einbauvorgang an den Einklemm- stellen aufgebogen werden. Neben den Zungen und am äußeren Umfang der Restluftspalte verbleibt ein Spalt zu der Magnethülse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Minimierung des Ankerschließprellens zu erreichen.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Restluftspalt zwischen dem Magnetkernaußenpol der Magnetgruppe und dem Außendurchmesser des Ankers in radialer Richtung verschlossen ist. Durch diese Ausgestaltung wird eine Verringerung der Druckkräfte auf die Ankerflügel erreicht, was durch das Verschließen des Restluftspalts in dem definierten Bereich realisiert wird. Durch diesen Verschluss wird ein Verzöge- rungsglied in Form der Abdichtung in dem magnetpolaußenseitigen Restluftspalt erreicht, der ein Nachströmen von Kraftstoff bei geöffnetem Anker in dem Restluftspalt reduziert.
Eine derartige Ausgestaltung wird insbesondere bei Kraftstoffinjektoren für Common- Rail-Systeme mit druckausgeglichenem Magnetventil verwendet, die einen Systemdruck von circa 2200 bar ermöglichen. Ein solches druckausgeglichenes Magnetventil besitzt eine Restluftspaltscheibe, um im geöffneten Zustand am oberen Hubanschlag einen Restluftspalt zu erzeugen, der ein schnelles Schließen des Ankers ermöglichen soll. Problematisch ist dabei das Ankerprellen und die Rücklaufgegendrucksensitivität, wobei diese Eigenschaften vor allem bei einer Mehrfacheinspritzung auftreten können.
Bei den zum Stand der Technik beschriebenen Magnetventilen ist der äußere Restluftspalt für nachströmendes Medium in Form von Kraftstoff frei, so dass Druckkräfte aus dem Ankerraum jederzeit auf die Ankerplattenoberseite gelangen und das Schließ- und Prellverhalten beeinflussen. Diese Eigenschaft wird durch die erfindungsgemäße Aus- gestaltung zumindest wesentlich verringert. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der beschriebene Restluftspalt von der Restluftspaltscheibe zusammenwirkend mit dem Magnetkernaußenpol, einer die Magnetgruppe umfassenden Magnethülse und der Ankerplatte verschlossen. Durch diese Ausgestaltung ist insbesondere in diesem kritischen Außenbereich ein dichter Verschluss hergestellt.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Restluftspaltscheibe eine Kreisringscheibe. Die so ausgebildete Kreisringscheibe ist nicht, wie beim Stand der Technik auf der Ankerplatte fixiert, sondern gemäß dieser allgemeinen Ausführung in Ankerhubrichtung freischwimmend zwischen der Ankerplatte und dem Magnetkernaußenpol angeordnet. Die Restluftspaltscheibe wird lediglich am Außendurchmesser über die Magnethülse in radialer Richtung positioniert. Der Innendurchmesser der Kreisringscheibe ist so gewählt, dass einerseits kein übermäßiges hydraulisches Kleben der Ankerplatte stattfindet und andererseits ein ausreichender Verschluss des äußeren Restluftspalts besteht.
Die unter Umständen sehr großen Druckunterschiede zwischen der Ankerplattenoberseite und der Ankerplattenunterseite führen bei bekannten Designs dazu, dass beim Schließvorgang der Ankerplatte der von außen nachströmende Kraftstoff große Kräfte und Beschleunigungen auf die Ankerplatte ausübt, die zum Prellen der Ankerplatte führen.
Durch den Verschluss des Restluftspalts zwischen dem Magnetkernaußenpol und dem Außendurchmesser der Ankerplatte in radialer Richtung wird beim Schließvorgang der Ankerplatte ein Nachströmen von Kraftstoff erschwert bzw. verzögert, so dass die Ankerplatte weniger stark beschleunigt in den Sitz einschlägt und somit Preller deutlich reduziert werden. Die Ankerplatte erreicht schnell wieder ihre Ruhestellung, bevor eine weitere Einspritzung erfolgt. Der Vorteil des geringeren Sitzprellens macht sich bemerkbar durch: bessere Kennfeldlinearität vor allem bei dynamischer Hochdruckhydraulik, kleine Mengenwellenapplituden bei Mehrfacheinspritzung, geringe Rücklaufgegendrucksensitivität und weniger Ventilsitzverschleiß durch reduzierte Kräfte beim Sitzeinschlag der Ankerplatte.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Kreisringscheibe innenliegende Stege auf, die im Zentrum der Kreisringscheibe miteinander verbunden sind und wiederum in weiterer Ausgestaltung eine Öffnung für den Ankerbolzen haben. So kann die Restluftspaltscheibe über den Ankerbolzen auf der Ankerplatte positioniert werden und sorgt für einen Verschluss des Restluftspalts in radialer Richtung zwischen Magnetkernaußenpol und dem Außendurchmesser der Ankerplatte. Es hat sich wiederum in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft erwiesen, vier Stege vorzusehen. Dadurch verbleibt genügend Fläche für den eigentlichen Restluftspalt.
In alternativer Ausgestaltung zu dem Verschluss des Restluftspalts zwischen dem Magnetkernaußenpol, der Magnethülse und dem Außendurchmesser der Ankerplatte in radialer Richtung durch die Restluftspaltscheibe kann dieser Verschluss durch einen Absatz in der Ankerplatte oder alternativ in dem Magnetkernaußenpol erfolgen. In diesem Fall ist gegebenenfalls die Restluftspaltscheibe nur im Zentrum der Magnetgruppe angeordnet und mit einem entsprechend kleineren Durchmesser ausgeführt. Vorzugsweise ist diese kleinere Restluftspaltscheibe ebenfalls als Kreisringscheibe mit oder ohne Stege ausgebildet. Im Übrigen ist die Restluftspaltscheibe bevorzugt aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Magnetventil mit einer einen Restluftspalt zwischen einem Magnetkernaußenpol einer Magnetgruppe und einem Außendurchmesser des Ankers in radialer Richtung verschließenden Restluftspaltscheibe, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine als Kreisringscheibe ausgebildete Restluftspaltscheibe und einen vereinfachten Querschnitt durch ein Magnetventil mit einer verbauten Kreisringscheibe,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Restluftspaltscheibe, bestehend aus einer Kreisringscheibe mit innenliegenden Stegen und einen Querschnitt durch ein vereinfacht dargestelltes Magnetventil mit der verbauten Restluftspaltscheibe und
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine kleinere Restluftspaltscheibe analog zu Fig. 3, die gemäß einem Querschnitt durch ein vereinfacht dargestelltes Magnetventil im Zentrum des Magnetventils verbaut ist und bei dem ein Anker einen Restluftspalt im Bereich eines Magnetkernaußenpols verschließenden Absatz aufweist.
Ausführungsformen der Erfindung
Ein in der Fig. 1 dargestelltes Magnetventil 1 , mit dem insbesondere ein Kraftstoffinjektor eines Common-Rail-Einspritzsystems für eine mit Dieselkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine betätigt wird, weist eine Magnetgruppe 2 auf. Die Magnetgruppe 2 weist einen Magnetkerninnenpol 3 und einen Magnetkernaußenpol 4 auf, zwischen denen eine Magnetspule 5 eingebettet ist. Die Magnetgruppe 2 ist insgesamt in einer Magnethülse 6 angeordnet.
Der Stirnseite des Magnetkerninnenpols 3 und des Magnetkernaußenpols 4 gegenüberliegend befindet sich eine Ankerplatte 7, in die eine zentrale Durchgangsöffnung 8 eingelassen ist und in die ein Ankerbolzen 9 eingesetzt ist. Der Ankersitz der Ankerplatte 7 verschließt einen unter Kraftstoffsystemdruck stehenden Steuerraum oder entlastet den Steuerraum in den Ventilraum. Der Ventilraum ist über eine Verbindungsleitung mit dem Steuerraum verschaltet. Durch die Schaltstellungen des Ventils ist der Steuerraum druckbeaufschlagt oder druckentlastet. Der Steuerraum wirkt weiter mit einer Ventilnadel des Kraftstoffinjektors zusammen, die infolge der unterschiedlichen Drücke in dem Steuerraum axial verschoben wird und in einer geöffneten Position Einspritzöffnungen in dem Kraftstoffinjektor freigibt, durch die (unter Systemdruck stehender) Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum einer Brennkraftmaschine einströmt. Der Ankerbolzen 9 ragt durch eine zentrale Öffnung 10 des Magnetkerninnenpols 3 hindurch und ist in diesem Bereich von einer Ventilfeder 1 1 umgeben. Die Ventilfeder 1 1 ist an einem nicht dargestellten Deckel der Magnethülse 6 abgestützt und übt eine Druckkraft auf die Ankerplatte 7 aus, die somit von der Magnetgruppe 2 wegbewegt wird.
Wird die Magnetspule 5 bestromt, wird die Ankerplatte 7 gegen die Kraft der Ventilfeder 1 1 auf die Magnetgruppe 2 zu bewegt. Dabei kann die Ankerplatte 7 nur so weit in Richtung auf die Magnetgruppe 2 bewegt werden, bis sie an einer zwischen der Mag- netgruppe 2 und der Ankerplatte 7 angeordneten Restluftspaltscheibe 12 anliegt. Die
Restluftspaltscheibe 12 liegt dichtend an der Magnethülse 6 an und verhindert ein Nachströmen von Kraftstoff durch den zwischen der Ankerplatte 7 und der Magnethülse 6 bestehenden Spalt 13 in einen Restluftspalt 18. Durch diese Ausgestaltung wird ein Sitzprellen der auf die Magnetgruppe 2 zubewegten Ankerplatte 7 vermieden. Hier- bei ist zu berücksichtigen, dass die zum Teil sehr großen Druckunterschiede zwischen der der Magnetgruppe zugewandten Ankerplattenoberseite und der Ankerplattenunterseite bei herkömmlicher Ausbildung und Anordnung der Restluftspaltscheibe 12 dazu führen, dass beim Schließvorgang der Ankerplatte 7 der von außen nachströmende Kraftstoff große Kräfte und Beschleunigungen auf die Ankerplatte 7 ausübt, die zu ei- nem Sitzprellen der Ankerplatte 7 führen. Durch den Verschluss des Restluftspalts 18 zwischen dem Magnetkernaußenpol 4 und dem Außendurchmesser der Ankerplatte 7 in radialer Richtung wird beim Schließvorgang der Ankerplatte 7 das Nachströmen von Kraftstoff erschwert beziehungsweise verzögert, so dass die Ankerplatte 7 weniger stark beschleunigt in den Sitz einschlägt und somit Sitzpreller deutlich reduziert wer- den. Die Ankerplatte 7 erreicht schnell wieder ihre Ruhestellung, bevor eine weitere
Einspritzung erfolgt.
In der unteren Abbildung der Fig. 2 ist die Restluftspaltscheibe 12 in einer Draufsicht dargestellt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Restluftspaltscheibe 12 als Kreis- ringscheibe 14 ausgebildet ist. Der in der oberen Abbildung der Fig. 2 dargestellte
Querschnitt durch das vereinfacht dargestellte Magnetventil 1 entspricht der Darstellung gemäß Fig. 1 . Die Kreisringscheibe 14 liegt, statt auf der Ankerplatte 7 fixiert, in Ankerhubrichtung frei schwimmend zwischen der Ankerplatte 7 dem Magnetkernaußenpol 4. Die Kreisringscheibe 14 wird lediglich am außen Durchmesser über die Magnethülse 6 in radialer Richtung positioniert. Der Innendurchmesser der Kreisring- scheibe 14 ist so gewählt, dass einerseits kein übermäßiges hydraulisches kleben der Ankerplatte 7 stattfindet und andererseits ein ausreichender Verschluss des äußeren Restluftspalts 18 besteht. In der unteren Darstellung gemäß Fig. 3 ist die Restluftspaltscheibe 12 ebenfalls als
Kreisringscheibe 14' ausgebildet und weist zusätzliche innenliegende Stege 15 auf, die im Zentrum der Kreisringscheibe 14' miteinander verbunden sind. Zur Durchführung des Ankerbolzens 9 ist in diesen Zentralbereich eine Bohrung 16 eingelassen. Durch diese Ausgestaltung wird eine einfache Montage der Restluftspaltscheibe 12 ermög- licht. Dabei kann bei einer konvexen Ankerplatte 7 der Hubanschlag auch am Magnetkerninnenpol 3 stattfinden.
Die obere Darstellung der Fig. 3 zeigt den entsprechenden Querschnitt durch das entsprechende Magnetventil 1 .
In der unteren Darstellung der Fig. 4 ist eine im Vergleich zu der Darstellung gemäß Fig. 3 verkleinerte Restluftspaltscheibe 12 dargestellt, bei der der Außendurchmesser der Kreisringscheibe 14" deutlich kleiner ist. Auch diese Kreisringscheibe 14" weist Stege 15' auf, die im Zentrum der Kreisringscheibe 14" zusammengeführt sind und ei- ne Bohrung 16 zur Durchführung des Ankerbolzens 9 aufweisen.
In der oberen Abbildung der Fig. 4 ist in dem Querschnitt durch das Magnetventil 1 der Einbau dieser Restluftspaltscheibe 12 dargestellt, wobei hier die Ankerplatte T einen Absatz 17 aufweist, der den Spalt zwischen Magnetkernaußenpol 4 und Ankerplatte T verschließt. Im Unterschied zu der Darstellung gemäß Fig. 1 wird hier das Nachströmen von außen auf die Ankerplatte T durch den Absatz 17 in der Ankerplatte T verhindert beziehungsweise reduziert. Der Absatz 17 in der Ankerplatte T muss aber geringer sein als die Dicke der Restluftspaltscheibe, damit der Anschlag über die Restluftspaltscheibe stattfindet. Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann der Absatz 17 auch einstückig mit der Magnetgruppe 2, insbesondere dem Magnetkernaußenpol 4 ausgestaltet sein.