Titel

Ventil zum Zumessen von Fluid Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen von Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird.

Ein bekanntes Brennstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraft- oder Brennstoff in ein zu einem Brennraum einer Brennkraftmaschine führendes Ansaugrohr (DE 101 45 035 A1) weist ein Einspritzventil und eine das

Einspritzventil aufnehmende Ventilaufnahme aus Kunststoff auf auf. Die

Ventilaufnahme ist Teil eines Brennstoffverteilers, die über eine Zulauföffnung mit einem im Brennstoffverteiler verlaufenden Brennstoffkanal in Verbindung steht. Das Einspritzventil weist eine mit einem Brennstoffzulauf und einer

Abspritzöffnung versehene Ventilhülse und einen die Abspritzöffnung steuernden Elektromagneten mit Magnettopf und Magnetspule auf. Der Magnettopf umschließt mit seinem Topfboden die Ventilhülse, und die im Innern des

Magnettopfs aufgenommene Magnetspule ist auf die Ventilhülse aufgesetzt. Die Magnetspule umfasst einen Spulenträger und einen auf den Spulenträger aufgewickelten Spulenwickel, dessen Wickelenden mit jeweils einer vom

Spulenträger axial abstehenden Kontaktfahne verbunden sind. Das

Einspritzventil ist in die mit dem Brennstoffverteiler einstückige Ventilaufnahme so eingesetzt, dass der Magnettopf formschlüssig in der Ventilaufnahme einliegt und der Brennstoffzulauf des Einspritzventils sich über einen Dichtungsring auf die Zulauföffnung im Brennstoffverteiler aufpresst. Mehrere, an dem vom

Brennstoffverteiler abgekehrten Ende der Ventilaufnahme angeordnete

Rastnasen hintergreifen den Topfboden des Magnettopfs und erzeugen eine axiale Anpresskraft, die das Einspritzventil auf den die Zulauföffnung

umgebenden Dichtungsring aufpresst. Die Ventilaufnahme weist eine seitliche Ausnehmung auf, durch die die elektrische Kontaktierung des Einspritzventils erfolgt. Durch die Ausnehmung ragen die Enden zweier elektrischer Leitungen einer Kontaktschiene hindurch, die als Federelemente ausgebildet sind und sich auf die axial abstehenden Kontaktfahnen des Einspritzventils aufdrücken. Die Kontaktschiene trägt einen Zentralstecker, zu dem die elektrischen Leitungen in der Kontaktschiene führen. Ein bekanntes Brennstoffeinspritzventil (DE 101 089 945 A1) weist einen

Brennstoffkanal mit einem Brennstoffzulauf und einer Abspritzöffnung auf. Die Abspritzöffnung ist zusammen mit einem Ventilsitz in einem Ventilsitzkörper ausgebildet, der einen hohlen Düsenkörper abschließt. Der Düsenkörper ist über eine Zwischenhülse stoffschlüssig mit dem Topfboden eines Magnettopfes eines Elektromagneten verbunden. Der Elektromagnet weist eine im Magnettopf aufgenommene Magnetspule, einen die Magnetspule tragenden Magnetkern, an dem der Brennstoffzulauf ausgebildet ist, und einen in der Zwischenhülse verschieblich geführten Magnetanker auf, der mit dem Magnetkern einen

Arbeitsluftspalt einschließt. Der Magnetanker sitzt starr auf einer

hohlzylindrischen Ventilnadel, die endseitig einen zum Steuern der

Abspritzöffnung mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Schließkopf trägt. Die hohle Ventilnadel weist radiale Durchtrittsöffnungen für den Brennstoff auf, so dass der über den Brennstoffzulauf eintretende Brennstoff über den hohlen Magnetkern und die hohle Ventilnadel in den Düsenkörper strömt und unter Hochdruck am Ventilsitzkörper ansteht. Die Ventilnadel ist von einer

Ventilschließfeder beaufschlagt, die den Schließkopf auf den Ventilsitz aufpresst. Die Magnetspule ist über eine auf die Spulenenden kontaktierte elektrische Leitung mit elektrischen Steckkontakten eines Anschlusssteckers verbunden. Die Steckkontakte und die Verbindungsleitung sind von einer Kunststoffummantelung umgeben, die an den Magnetkern mit Brennstoffzulauf angespritzt und im

Bereich der Steckkontakte zu einem Steckergehäuse ausgeformt ist.

Offenbarung der Erfindung Dias erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen von Fluid mit den Merkmalen des

Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mit Einbau des Ventils in die Ventilaufnahme das Ventil bezüglich seiner Zumessausrichtung automatisch positioniert und elektrisch angeschlossen ist, ohne dass außer dem Einsteckvorgang des Ventils in die Ventilaufnahme weitere Montageschritte erforderlich sind. Die

Kontaktflächen sind mechanisch fixiert und können beim Einstecken des Ventils nicht beschädigt oder verbogen werden, so dass immer eine zuverlässige elektrische Kontaktierung mit ausreichend großem Kontaktdruck zwischen Ventilaufnahme und Ventil gewährleistet ist. Die Einfachheit des Einbaus ermöglicht eine Automatisierung der Einbaumontage. Dabei kann das Ventil mittels des Fixierflansches dauerhaft oder wechselbar in der Ventilaufnahme positioniert werden. Durch die Anordnung der Positionierelemente und

Kontaktflächen im Magnettopfbereich ist das Ventil äußerst kompakt, so dass auch die Ventilaufnahme axial gedrungen ausgeführt werden kann, was insbesondere für Kleinmotoren von wesentlicher Bedeutung ist, um die

Ventilaufnahme unmittelbar am Zumessraum platzieren zu können, z.B. in die Wandöffnung des Ansaugrohrs im Ansaugtrakt oder des Abgasrohrs im

Abgastrakt einzusetzen. Die erfindungsgemäß vorgehaltenen

Positionierelemente und Kontaktflächen im Magnettopfbereich eröffnen zugleich eine große Gestaltungsfreiheit in der hydraulischen Verbindung des Ventils mit einem Verteiler oder einer Zuführleitung für das Fluid. So kann der Fluidkanal mit unterschiedlich langen Anschlussstutzen mit an Verteiler oder Zuführleitung angepasster Dichtungsgestaltung ausgeführt und beispielsweise auch ein vorteilhafter Schnellverbinder-Anschluss gemäß SAE J2044 eingesetzt werden. Durch Wegfall eines in der Kunststoffummantelung ausgebildeten

Steckergehäuses ist das Ventil recht bauklein, hat ein deutlich geringeres Gewicht und benötigt wesentlich weniger zumessseitigen Einbauraum, z. B. im Ansaug- oder Abgastrakt einer Brennkraftmaschine.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Kontaktflächen und Fixiernase, die aus Gründen einer minimierten Bauhöhe des Ventils in Strömungsrichtung des Fluids unterhalb des Fixierflansches angeordnet sind, an einem den Magnettopf axial teilweise übergreifenden Kontaktträger und der Fixierflansch an einer Kunststoffummantelung ausgebildet, die den Kontaktträger und zumindest einen in Strömungsrichtung des Fluids gesehen oberhalb des Fixierflansches liegenden Kanalabschnitt des Fluidkanals umschließt und im Bereich von Kontaktflächen und Fixiernase ausgespart ist. Kontaktträger und Kunststoffummantelung sind aus Kunststoff und vorzugsweise im Spritzverfahren hergestellt, wobei der Kontaktträger als separates Bauteil gefertigt und die

Kunststoffummantelung am montierten Ventil um Kanalabschnitt und Magnettopf mit aufgeschobenem Kontaktträger umspritzt wird. Dies ergibt eine

fertigungsgerechte und montagefreundliche Konzeption des Ventils bei der Erzielung der vorstehend genannten Vorteile.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der

Kontaktträger einen ringförmigen Kragen und mindestens einen vom Kragen abstrebenden, Fixiernase und/oder Kontaktflächen tragenden Axialsteg auf, der den Magnettopf zumindest teilweise übergreift. Fertigungstechnisch vorteilhaft sind drei gegeneinander versetzte Axialstege vorhanden und die Fixiernase und jeweils eine Kontaktfläche auf die drei Axialstege verteilt. Das Ventilgehäuse bedeckt den Kragen und füllt die Freiflächen zwischen den Axialstegen bis hin zum Magnettopf aus. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fixierflansch am Gehäuse so angeordnet, dass die radialen Mittelebenen von Fixierflansch und Kragen zusammenfallen. Vorzugsweise ist der magnetische Rückschluss ein auf die Topföffnung des Magnettopfes formschlüssig aufgesetzter, mit dem Fluidkanal verbundener Ring und liegt der Kragen auf dem Ring auf. Diese konstruktiven Maßnahmen sorgen dafür, dass durch Kontaktträger und

Fixierflansch die Bauhöhe des Ventils nicht vergrößert wird, sondern die vom Magnettopf vorgegebene Bauhöhe beibehält.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die

Kontaktflächen mit abgewinkelten, im Kragen festgelegten Anschlussenden versehen, auf die die Magnetspule kontaktiert ist. Die Magnetspule weist üblicherweise einen Spulenträger und einen auf dem Spulenträger

aufgewickelten Spulenwickel auf. Zur Kontaktierung der Magnetspule sind am Spulenträger zwei Isolierhülsen angeordnet, die sich durch Durchtrittsöffnungen in Rückschlussring und Kragen hindurch zu den Anschlussenden im Kragen des

Kontaktträgers hin erstrecken und die Wickelenden an die Anschlussenden führen. Die aus den Isolierhülsen herausragenden Drahtenden des

Spulenwickels sind z.B. durch Schweißen oder Crimpen auf den Anschlussenden festgelegt. Zur Vereinfachung des Einführungsprozesses der Wickelenden in die Isolierhülsen sind die Isolierhülsen längsgeschlitzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht des Ventils zum Zumessen von Fluid,

Figur 2 eine Draufsicht des Ventils in Richtung Pfeil II in Figur 1 ,

Figur 3 eine gegenüber Figur 1 um 90° gedrehte, vergrößerte Seitenansicht des Ventils bei fehlender Kunststoffummantelung,

Figur 4 eine Seitenansicht des Ventils in Explosionsdarstellung mit

unbewickeltem Spulenträger der Magnetspule,

Figur 5 eine Seitenansicht der Vormontagebaugruppe V in Figur 4, bestehend aus nunmehr bewickeltem Spulenträger, Rückschlussring für den Magnettopf und Kontaktträger,

Figur 6 eine Draufsicht in Richtung Pfeil VI in Figur 5,

Figur 7 eine perspektivische Darstellung des Ventils und einer Ventilaufnahme beim Montagevorgang,

Figur 8 eine Draufsicht der Ventilaufnahme in Einsetzrichtung des Ventils gemäß Pfeil VIII in Figur 7.

Das in Figur 1 in Seitenansicht und in Figur 3 in perspektivischer Explosion dargestellte Ventil 10 zum Zumessen von Fluid wird beispielsweise als

Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Kraftstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen oder als Dosierventil zum Einspritzen einer Wasser- Harnstoff-Lösung in den Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zwecks Reduktion von Stickoxiden eingesetzt. Es kann jedoch auch Verwendung in einem

Gasmotor zum dosierten Zumessen von Verbrennungsgas in dessen Brennraum finden.

Das Ventil 10 weist einen als ein- oder mehrteilige Ventilhülse ausgeführten Fluidkanal 11 mit einer Zulauföffnung 12 zum Einströmen des Fluids und einer Zumessöffnung 13 zum Zumessen des Fluids auf. Die Zumessöffnung 13 wird über eine von einer Ventilschließfeder (nicht dargestellt) belasteten, im

Fluidkanal 1 1 verschieblich angeordnete Ventilnadel (nicht dargestellt) von einem Elektromagneten 14 gesteuert, wobei die Ventilschließfeder die Ventilnadel in Richtung Schließen der Zumessöffnung 13 beaufschlagt und der Elektromagnet 14 an der Ventilnadel in Richtung Freigeben der Zumessöffnung 13 angreift. Der Elektromagnet 14 weist eine Magnetspule 15, einen die Magnetspule 15 aufnehmenden Magnettopf mit Topfboden 161 und Topföffnung 162 sowie in bekannter Weise - und hier nicht dargestellt - einen mit der Ventilnadel gekoppelten Magnetanker und einen im Fluidkanal 1 1 angeordneten Magnetkern auf, der mit dem Magnetanker einen Arbeitsluftspalt des Elektromagneten 14 einschließt. Der Magnettopf 16 ist über eine am Topfboden 161 ausgeformte, den Fluidkanal 11 umschließende Bodenhülse und über einen an der

Topföffnung 162 angeordneten magnetischen Rückschlussring 17 an dem Fluidkanal 1 1 festgelegt. Die Magnetspule 15 weist einen Spulenträger 18 und einen auf den Spulenträger 18 aufgewickelten Spulenwickel 19 (Figur 5) auf. In der Explosionsdarstellung der Figur 3 ist der Übersichtlichkeit halber der

Spulenträger 18 unbewickelt, der Spulwickel 19 also vom Spulenträger 18 entfernt.

Zur Gewährleistung einer schnellen und sicheren und lagegerechten Montage des Ventils 10 in einer Ventilaufnahme 35 (Figur 7) der Brennkraftmaschine und

Reduzierung der Montagezeit sind am Ventil 10 im Bereich des Magnettopfes 16 ein Fixierflansch 20 zum radialen und axialen Positionieren des Ventils 10 in der Ventilaufnahme 35, eine Fixiernase 21 zum Positionieren der Dreh- oder Rotationslage des Ventils 10 in der Ventilaufnahme 35, sowie an der

Magnetspule 15 angeschlossene Kontaktflächen 22, 23 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung in der Ventilaufnahme 35 vorhanden, wobei Fixiernase 21 und Kontaktflächen 22, 23 in Strömungsrichtung des Fluids gesehen unterhalb, also stromabwärts, des Fixierflansches 20 liegen. Ein

Ausführungsbeispiel der Ventilaufnahme 35 ist in Figur 6 und 7 dargestellt. Die Ventilaufnahme 35 ist einem Zumessraum zugeordnet, beispielsweise in einer Wandöffnung im Ansaugrohr oder im Abgasrohr einer Brennkraftmaschine eingesetzt und mit diesem stoffschlüssig, z. B. durch Schweißen, verbunden.

Die Kontaktflächen 22, 23 und die Fixiernase 21 sind an einem den Magnettopf 16 zumindest teilweise übergreifenden Kontaktträger 24 (Figur 3 und 4) und der Fixierflansch 20 an einer Kunststoffummantelung 25 ausgebildet, die den

Kontaktträger 24 und zumindest einen in Strömungsrichtung des Fluids gesehen oberhalb des Fixierflansches 20 liegenden Kanalabschnitt des Fluidkanals 11 umschließt und im Bereich von Kontaktflächen 22, 23 und Fixiernase 21 ausgespart ist. Der Kontaktträger 24 besitzt einen ringförmigen Kragen 26 und mindestens einen davon rechtwinklig abstehenden, Fixiernase 21 und/oder

Kontaktflächen 22, 23 tragenden Axialsteg. In dem dargestellten

Ausführungsbeispiel sind am Kragen 26 insgesamt drei in Umfangsrichtung des Kragens 26 voneinander beabstandete Axialstege 27, 28, 29 vorhanden, auf die Fixiernase 21 und Kontaktflächen 22, 23 aufgeteilt sind. So trägt der Axialsteg 27 die Fixiernase 21 oder bildet die Fixiernase selbst, der Axialsteg 28 trägt die

Kontaktfläche 22 und der Axialsteg 29 die Kontaktfläche 23 (Figur 1 bis 5).

Möglich ist es auch, Fixiernase 21 und Kontaktflächen 22, 23 auf einem einzigen Axialsteg anzuordnen oder die Fixiernase 21 auf dem einen Axialsteg und die beiden Kontaktflächen auf dem anderen Axialsteg anzuordnen. Bei lagegerechter Position des Kontaktträgers 24 im Ventil liegt der Kragen 26 auf dem

Rückschlussring 17 des Magnettopfes 16 plan auf und die Axialstege 27, 28, 29 übergreifen teilweise den Magnettopf 16 (Figur 3 und 5). Der Fixierflansch 20 ist an der Kunststoffummantelung 25 so ausgebildet, dass die radialen Mittelebenen von Fixierflansch 21 und Kragen 26 zusammenfallen. Die

Kunststoffummantelung 25 umschließt den Kontaktträger 24 vollständig, wobei sie den Kragen 26 umschließt und unter Aussparung der Axialstege 27, 28, 29 den Zwischenraum zwischen den Axialstegen 27, 29 bis hin zum Magnettopf 16 ausfüllt. Unterhalb des Kontaktträgers 24 sind am Magnettopf 16 mehrere Umfangsrillen 30 ausgebildet, um die Haftung des Kunststoffs am ansonsten glatten Magnettopf 16 zu verbessern (Figur 3 und 4). Die auf den Axialstegen 28, 29 angeordneten Kontaktflächen 22, 23 sind mit abgewinkelten, im Kragen 26 festgelegten Anschlussenden 221 , 231 versehen, auf die die Magnetspule 15 kontaktiert ist. Hierzu sind am Spulenträger 18 zwei Isolierhülsen 31 , 32 angeordnet, die sich axial hin zu den Anschlussenden 221 , 231 erstrecken, und zwar durch im Rückschlussring 17 und im Kragen 26 koaxial angeordnete Durchtrittsöffnungen 33 bzw. 34 (Figur 4 und 6). Durch diese Isolierhülsen 31 , 32 sind die beiden Wickelenden 191 , 192 des Spulenwickels 19 hindurchgeführt und auf der Oberfläche des Kragens 26, die später von der Kunststoffummantelung 25 überdeckt wird, auf die dort zugänglichen

Anschlussenden 221 , 231 der Kontaktflächen 22, 23 kontaktiert, z.B. durch

Schweißen oder Crimpen (Figur 6). Zum erleichterten Einfädeln der Wickelenden 191 , 192 in die Isolierhülsen 31 , 32 sind die Isolierhülsen 31 , 32 längsgeschlitzt, und auch die Durchtrittsöffnungen 33 im Rückschlussring 17 und die

Durchtrittsöffnungen 34 im Kragen 26 sind mit zur Innenwand von

Rückschlussring 17 und Kragen 26 hin offenen Axialspalten versehen (Figur 4 und 6).

Die Montage des Ventils 10 erfolgt in der Weise, dass zunächst die

Vormontagebaugruppe gemäß Figur 5 zusammengestellt wird. Hierzu wird auf die eine Stirnseite des mit dem Spulenwickel 19 versehenen Spulenträgers 18 der magnetische Rückschlussring 17 und auf den magnetischen Rückschlussring 17 der Kontaktträger 24 mit seinem Kragen 26 koaxial aufgesetzt. Dabei werden die an der Stirnseite des Spulenträgers 18 axial abstehenden Isolierhülsen 31 , 32 durch die Durchtrittsöffnungen 33 im Rückschlussring 17 und die

Durchtrittsöffnungen 34 im Kragen 26 hindurchgesteckt. Die vom Spulenwickel

19 abgezogenen Wickelenden 191 , 192 werden durch die Isolierhülsen 31 , 32 hindurchgeführt und auf die Anschlussenden 221 , 231 der Kontaktflächen 22, 23 kontaktiert. Durch diese Vormontagebaugruppe wird der Fluidkanal 11 hindurchgeschoben, in dem in üblicher weise Magnetkern, Magnetanker, Ventilnadel und Ventilsitzkörper mit Zumessöffnung 13 integriert sind. Der

Magnettopf 16 ist über den aus dem Spulenträger 18 herausragenden Abschnitt des Fluidkanals 11 soweit auf die Vorbaugruppe gemäß Figur 5 aufgeschoben, bis die Topföffnung 162 des Magnettopfes 16 formschlüssig an dem

Rückschlussring 17 anliegt. Diese Baueinheit wird in einer Spritzgussform eingelegt und im Bereich des Kontaktträgers 24 in Verbindung mit einem

Kanalabschnitt des Fluidkanals 11 mit Kunststoff umspritzt, wobei die in Figur 4 perspektivisch dargestellte Kunststoffummantelung 25 entsteht, an der der Fixierflansch 20 in der beschriebenen Weise ausgebildet ist.

Die Montage von Ventil 10 und Ventilaufnahme 35 erfolgt durch einfaches axiales Einschieben des Ventils 10 in die am Zumessraum, z. B. am Ansaugrohr oder Abgasrohr der Brennkraftmaschine festgelegte Ventilaufnahme 35. Zur Abdichtung des Ventils 10 in der Ventilaufnahme sind zuvor auf die Bodenhülse des Topfboden 161 des Magnettopfes 16 ein Dichtungsring 36 und auf das der Zulauföffnung 12 zugekehrte Ende des Fluidkanals 1 1 ein Dichtungsring 37 aufgesetzt. Beim Einstecken des Ventils 10 in die Ventilaufnahme 35 gleitet die Fixiernase 21 in eine in der Ventilaufnahme 35 vorhandene Axialnut 44 (Figur 8) ein, während die Kontaktflächen 22, 23 sich auf in der Ventilaufnahme 35 angeordnete Anschlussfahnen 38, 39 unter Radialdruck aufschieben. Dabei positioniert der Fixierflansch 20 das Ventil 10 fest und unverschiebbar in der Ventilaufnahme 35, und zwar einerseits radial durch Anlage seiner

Umfangsfläche an einer in der Ventilaufnahme 35 ausgebildeten Kreiskontur 40 und andererseits axial nach unten durch Auflage auf einer in der Ventilaufnahme 35 vorhandenen Auflageschulter 42 und axial nach oben durch Anlage an einem Sprengring 41 , der in eine in der Ventilaufnahme 35 ausgebildete Ringnut 43 eingelegt wird. Die in die Axialnut 44 formschlüssig eindringende Fixiernase 21 legt die Drehlage des Ventils innerhalb der Ventilaufnahme 35 fest, so dass die Zuordnung von Kontaktflächen 22, 23 zu den elektrischen Anschlussfahnen 38, 39 in der Ventilaufnahme 35 bei der Montage sichergestellt ist. Durch die über den Fixierflansch 20 erfolgende axiale Positionierung und Fixierung liegt der untere Dichtungsring 36 innerhalb der Ventilaufnahme 35 in seinem tolerierten Bereich und dichtet gegen den Zumessraum, z. B. gegen das Ansaug- oder Abgasrohr, ab. Der obere Dichtungsring 37 dient zur Abdichtung des Fluidkanals beim Anschließen an eine Fluidzuführleitung. Diese ist zweckmäßigerweise mit einer Anschlusstasse abgeschlossen, die über den oberen Dichtungsring 37 ragt. Die Anschlusstasse kann konstruktiv so ausgeführt werden, dass sie den

Sprengring 41 funktional ersetzt. Die Anschlusstasse wird in diesem Fall an der Ventilaufnahme 35 fixiert und übernimmt die Funktion der oberen Anlage für den Fixierflansch 20.