-
Stand der Technik
-
DE 196 50 865 A1 beschreibt
ein Magnetventil zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einem Steuerraum
eines Einspritzventils, wie zum Beispiel eines Common-Rail-Hochdruckspeichereinspritzsystems. Über
den Kraftstoffdruck im Steuerraum wird eine Hubbewegung eines Ventilkolbens
gesteuert, durch den zumindest eine Einspritzöffnung für
Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine geöffnet
oder geschlossen wird. Das Magnetventil umfasst einen Elektromagneten,
einen beweglichen Anker und ein mit dem Anker bewegtes und von einer
Ventilschließfeder in Schließrichtung beaufschlagtes
Ventilglied, das mit dem Ventilsitz des Magnetventils zusammenwirkt
und so den Kraftstoffabfluss aus dem Steuerraum steuert.
-
Es
ist ferner ein Kraftstoffinjektor für ein Hochdruckspeichereinspritzsystem
(Common-Rail) bekannt, welcher einen zweiteilig ausgebildeten Anker
umfasst, der durch einen Magneten angezogen wird. Der Anker übt
im stromlosen Falle die Schließkraft auf ein als Ventilkugel
ausgebildetes Schließelement aus. Wird der Elektromagnet
bestromt, bewegt sich der Anker um den Ankerhubweg nach oben, die Schließkraft
auf das Schließelement wird 0 und ein Abströmventil öffnet.
Eine Ankerführung, die fest im Injektorkörper
des Kraftstoffinjektors verschraubt ist, nimmt den Ankerbolzen in
axiale Richtung bewegbar auf. Auf dem Ankerbolzen ist die Ankerplatte
geführt, die ihrerseits vom Elektromagneten angezogen wird. Der
Ankerbolzen kann aufgrund von Führungsspiel in der Ankerführung
verkippen. Die Ankerplatte ihrerseits kann auf dem Ankerbolzen verkippen,
so dass sich die Gesamtverkippung der Baugruppe Ankerbolzen/Ankerplatte
in Bezug auf die Injektorhauptachse als Summe der Führungsspiele
bestimmen lässt.
-
Bei
Kraftstoffinjektoren wird in der Regel ein Ventilstück,
welches ein nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied
umschließt, mittels einer Ventilspannmutter im Haltekörper
bzw. Injektorkörper des Kraftstoffinjektors befestigt.
Die Kräfte, die über den herrschenden Systemdruck
in das Ventilstück eingeleitet werden, werden über
die Ventilspannmutter an den Haltekörper bzw. den Injektorkörper
des Kraftstoffinjektors übertragen. Es hat sich herausgestellt, dass
bei den bisher eingesetzten Ventilspannmuttern die ersten Gewindegänge,
d. h. die der Stirnseite des Ventilstücks nächstliegenden
Gewindegänge, deutlich mehr Kraft als die dahinter liegenden
Gewindegänge übertragen. Damit wird das Material
der Ventilspannmutter ungleichmäßig mechanisch
beansprucht, wobei insbesondere die der Stirnseite des Ventilstücks
nächstliegenden Gewindegänge eine deutlich höhere
mechanische Beanspruchung erfahren als die dahinter liegenden Gewindegänge,
die in Bezug auf die Festigkeitseigenschaften des eingesetzten Werkstoffes
relativ gering beansprucht sind.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung
folgend, wird dies dadurch erreicht, dass an der Stirnseite der
Ventilspannmutter, die der oberen Planfläche des zu fixierenden
Ventilstücks gegenüberliegt, eine ringförmige
Eindrehung eingebracht wird. Die ringförmige Eindrehung
an der Stirnseite der Ventilspannmutter erzeugt an dieser einen
Bereich, in dem die Elastizität und die Verformbarkeit des
Werkstoffes der Ventilspannmutter verschieden von der keine ringförmige
Eindrehung aufweisenden Stirnseite der Ventilspannmutter sind. Bevorzugt
wird die ringförmige Eindrehung so ausgestaltet, dass diese
zumindest drei Gewindegänge an der Stirnseite der Ventilspannmutter,
die der Planseite des fixierenden Ventilstücks gegenüberliegt,
hintergreift. Die ringförmige Eindrehung wird so ausgestaltet,
dass diese eine erste, zum Beispiel parallel zur Achse der Ventilspannmutter
verlaufende Flanke oder eine um einen Winkel β geneigte
Flanke sowie eine in einem Öffnungswinkel α1 zu dieser verlaufende, zweite Flanke aufweist.
Die ringförmige Eindrehung wirkt als Kerbe, deren Tiefe
t1 zumindest ein Drittel bis die Hälfte
der axialen Höhe der Ventilspannmutter beträgt.
-
Durch
die ringförmige Eindrehung an der Stirnseite der Ventilspannmutter
kann in vorteilhafter Weise eine Entlastung der unteren Gewindegänge der
Ventilspannmutter, d. h. derjenigen Gewindegänge, die dem
zu fixierenden Ventilstück am nächsten liegen,
erreicht werden. Gleichzeitig wird der Lastanteil, den die hinter
diesen Gewindegängen liegenden Gewindegänge übernehmen,
gesteigert. Dies führt insgesamt zu einer wesentlich gleichmäßigeren
mechanischen Belastung der Ventilspannmutter, so dass die Festigkeitseigenschaften
des Werkstoffes, aus dem die Ventilspannmutter gefertigt ist, vollständig
ausgenutzt werden, im Gegensatz zu Ventilspannmuttern, die aus dem
Stande der Technik bekannt sind. Bei diesen übernehmen
die ersten drei Gewindegänge nahezu 90% der zu übertragenden Last,
während die hinter diesen liegenden Gewindegänge
kaum zur Übertragung der aufzubringenden Last beitragen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.
-
Es
zeigt:
-
1 einen
Schnitt durch den Kopfbereich eines Kraftstoffinjektors,
-
2 eine
Darstellung bisher eingesetzter Ventilspannmuttern in vergrößertem
Maßstab,
-
2.1 eine Darstellung des Lastanteils der Gewindegänge
der Ventilspannmutter gemäß 2,
-
3 eine
Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Ventilspannmutter,
-
3.1 eine Darstellung des mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung erzielbaren Lastanteils aufgetragen über
die Gewindegänge und
-
3.2 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
ringförmigen Eindrehung.
-
Ausführungsformen
-
1 zeigt,
dass ein Kraftstoffinjektor 10 einen Haltekörper 12 umfasst,
in dem ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes Einspritzventilglied 14 bewegbar
aufgenommen ist.
-
Das
Einspritzventilglied 14 ist in einem unteren hülsenförmigen
Ansatz eines Ventilstücks 16 geführt.
Das Ventilstück 16 wiederum ist mittels einer Ventilspannmutter 18 gegen
eine Schulter im Haltekörper 12 bzw. Injektorkörper 12 fixiert.
Im Haltekörper 12 des Kraftstoffinjektors 10 befindet
sich ein Hochdruckzulauf 20, der mit einer nicht näher
dargestellten Hochdruckquelle in Verbindung steht, über welcher
der Kraftstoffinjektor 10 mit unter einem Systemdruck stehenden
Kraftstoff beaufschlagt ist. 1 zeigt darüber
hinaus, dass der Kraftstoffinjektor 10 eine Magnetgruppe 24 aufweist.
Die Magnetgruppe 24 umfasst einen Magnetkern 26 und
eine Magnetspule 28. Mittels der Magnetgruppe 24 wird eine
Ankerplatte 30, in der ein hülsenförmig
ausgebildetes Ventilglied 32 aufgenommen ist, betätigt.
Das hülsenförmig ausgebildete Ventilglied 32 unterhalb der
Ankerplatte 30 ist an einem Druckstift 22, der oberhalb
der Magnetgruppe 24 fixiert ist, geführt.
-
Wie
der Darstellung gemäß 1 des Weiteren
entnommen werden kann, umfasst das Ventilstück 16 einen
Ablaufkanal 36, der unterhalb eines Ventilsitzes 34,
der durch das Ventilglied 32 geöffnet oder verschlossen
wird, mündet. Im Ablaufkanal 36 befindet sich
mindestens eine Ablaufdrossel 38.
-
Des
Weiteren geht aus der Darstellung gemäß 1 hervor,
dass das Ventilglied 32 durch eine Schließfeder 40 in
Schließrichtung beaufschlagt ist, d. h. in seinen Ventilsitz 34 an
der oberen Planfläche des Ventilstücks 16 gestellt
ist. Im Ventilstück 16 befindet sich ein Steuerraum 44,
der über eine Zulaufdrossel 42 mit unter Systemdruck
stehendem Kraftstoff vom Hochdruckzulauf 20 beaufschlagt
ist. Der Innenumfang der Ventilspannmutter 18 begrenzt
einen niederdruckseitigen Raum, in welchen beim Öffnen
des Ventilsitzes 34 durch das Ventilglied 32 über mindestens
eine Öffnung 48 am Umfang des Ventilgliedes 32 abgesteuerte
Steuermenge abgesteuert wird, vergleiche Position 50 in 1.
Der Kraftstoffinjektor 10 gemäß der Darstellung
in 1 ist symmetrisch zu seiner Achse 52 ausgeführt.
-
2 zeigt
eine bisher eingesetzte Ventilspannmutter 18, mit der das
Ventilstück 16 im Haltekörper 12 des
Kraftstoffinjektors 10 befestigt ist.
-
Aus
der Darstellung gemäß 2 geht hervor,
dass sich die Ventilspannmutter 18, die eine Anzahl von
Gewindegängen 54 an ihrem Außenumfang aufweist,
mit ihrer unteren Stirnseite auf der oberen Planseite des Ventilstücks 16 abstützt.
Bei Aufbringen eines Anzugsdrehmomentes auf die Ventilspannmutter 18,
wird eine Schulter des Ventilstücks 16 gegen eine
korrespondierend ausgebildete Schulter 70 des Injektorkörpers 12 angestellt,
so dass das Ventilstück 16 bei Aufbringen eines
entsprechenden Anzugsdrehmomentes auf die Ventilspannmutter 18 im
Injektorkörper 12 abgedichtet befestigt ist. Aus
der Darstellung gemäß 2 geht des
Weiteren hervor, dass die Ankerplatte 30 in das hülsenförmig
ausgebildete Ventilglied 32 übergeht, welches
sich gemäß der Darstellung in 2 in
seinem Ventilsitz 34 befindet. Über die in 2 vergrößert
dargestellte Öffnung 48 kann beim Öffnen
des Ventilsitzes 34 über den Ablaufkanal 36 mit
Ablaufdrossel 38, abgesteuerte Menge in den Niederdruckraum 50,
d. h. den durch den Innenumfang der Ventilspannmutter 18 begrenzten
Bereich abgesteuert werden.
-
Aufgrund
der Geometrie der Ventilspannmutter 18 ergibt sich das
in 2.1 dargestellte Tragprofil. In der Darstellung
gemäß 2.1 sind
in schematischer Weise die Lastanteile 56 dargestellt,
die sich an einem jeden der kraftübertragenden Gewindegänge 54 am
Außenumfang der Ventilspannmutter 18 einstellen.
-
Aus
der Darstellung gemäß 2.1 geht hervor,
dass der erste Gewindegang der Gewindegänge 54 nahezu
40% der Last übernimmt, während der zweite Gewindegang
einen Lastanteil 56 von ca. 25% aufbringt. Der dritte Gewindegang
nimmt noch ca. 15% der zu übertragenden Last auf. Dies
bedeutet, dass die ersten drei Gewindegänge 54 nahezu 80%
der zu übertragenden Last aufnehmen, während die
in axiale Richtung dahinter liegenden Gewindegänge 54 nur
unmaßgeblich zur Übertragung der Last beitragen.
Dies bedeutet, dass die Ventilspannmutter 18 im Bereich
der untenliegenden, d. h. der dem Ventilstück 16 zuweisenden
Gänge mechanisch stark beansprucht ist, während
die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes der Ventilspannmutter 18 im
dahinter liegenden Bereich nicht ausgenutzt werden. Dies führt
alles in allem zu einer ungleichmäßigen mechanischen
Belastung des Werkstoffes der Ventilspannmutter 18. Eine
Erhöhung der Anzahl der Gewindegänge 54 änderte
diesen Umstand ebenfalls nicht, da aufgrund der Geometrie der Ventilspannmutter 18 bei
der gewählten Geometrie, wie in 2 dargestellt,
stets die im Ventilstück 16 nächstliegenden
Gewindegänge 54 der Ventilspannmutter 18 den Hauptanteil
der zu übertragenden Last aufnehmen.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Ventilspannmutter 18. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Ventilspannmutter 18 befindet sich an der der Planfläche des
zu fixierenden Ventilstücks 16 zuweisenden Seite
eine ringförmige Eindrehung 60, die in der Ventilspannmutter 18 gemäß der
Darstellung in 3 einen Hohlraum 66 erzeugt.
Dieser Hohlraum 66 der Ventilspannmutter 18 ist
durch eine erste Flanke 62 und eine in einem Öffnungswinkel α1 zu dieser orientierten, zweiten Flanke 64 begrenzt.
Die erste Flanke 62 definiert den Innendurchmesser der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilspannmutter 18 und kann
um den Winkel β zur Achse geneigt sein, wie insbesondere
aus der Darstellung gemäß 3.2 hervorgeht.
-
Wie
aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht,
ist die ringförmige Eindrehung 60 in einer Tiefe
t1 ausgebildet, so dass sich ein Hohlraum 66 bildet,
der die ersten drei Gewindegänge 54.1, 54.2 und 54.3 der
in 3 dargestellten Ventilspannmutter 18 hintergreift.
Dies bedeutet, dass beim Aufbringen eines Anzugsdrehmomentes auf
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ventilspannmutter 18 die
Ventilspannmutter 18 an der Stirnseite, die dem Ventilstück 16 zuweist,
eine erheblich höhere Elastizität aufweist. Der
Werkstoff der Ventilspannmutter 18 kann sich dort verformen,
so dass sich im Bereich der hinter den ersten Gewindegängen 54.1 bis 54.3 liegenden
Gewindegänge 54.4 bis 54.7 ein wesentlich
höherer Lastanteil 56, vergleiche Darstellung
gemäß 3.1,
einstellt. Beim Aufbringen des Anzugsdrehmomentes weicht der Werkstoff
der Ventilspannmutter 18 hinter den ersten drei Gewindegängen 54.1, 54.2, 54.3 gewissermaßen
aus, da ein Hohlraum 66 geschaffen ist, während
im oben liegenden Bereich, d. h. im Bereich der weiteren Gewindegänge 54.4 bis 54.7,
eine elastische Verformung des Werkstoffes der Ventilspannmutter 18 nicht
möglich ist. Dadurch lässt sich die in 3.1 schematisch angedeutete vergleichmäßigte
Lastverteilung 56, aufgetragen über die Gewindegänge,
erreichen. Die Anzahl der Gewindegänge 54 ist
nicht erheblich, sondern die Lenkung des Kraftflusses dahingehend,
dass mehr Gewindegänge 54 für die Krafteinleitung
genutzt werden können.
-
Mit
R1 ist ein Kerbgrundradius am Boden der ringförmigen
Eindrehung 60 bezeichnet. Durch die ringförmige
Eindrehung 60 wird eine ringförmige Aufsatzfläche 68 an
der Stirnseite der Ventilspannmutter 18 erzeugt, die auf
der oberen Planseite des zu fixierenden Ventilstücks 16 aufsteht. Über
diese ringförmig konfigurierte Aufsatzfläche 68 wird
das Anzugsdrehmoment, bzw. die durch dieses erzeugte Axialkraft,
auf das Ventilstück 16 bzw. die im Injektorkörper 12 bzw.
Haltekörper 12 ausgebildete Schulter 70 übertragen.
-
3.2 zeigt eine alternative Ausführungsform
der ringförmigen Eindrehung 60, bei der die erste
Flanke 62 in Bezug auf die Achse der Ventilspannmutter 18 um
den Winkel β geneigt ausgeführt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-