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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Dosieren
von unter Druck stehenden Fluiden, insbesondere ein Einspritzventil
für ein
Kraftstoffeinspritzsystem in einer Brennkraftmaschine. Bei der Dosiervorrichtung
handelt es sich um einen Typ, der ein Gehäuse mit einem Endteil, der
mit einem Auslasskanal versehen ist, welcher in einer Dosieröffnung endet,
eine axial bewegliche Ventilnadel, die sich durch den Auslasskanal
erstreckt und das Öffnen
und Schließen
der Dosieröffnung
steuert, wobei die Ventilnadel einen unteren Abschnitt innerhalb
des Auslasskanals mit einem unteren Ende, das das Öffnen und
Schließen
der Dosieröffnung
steuert, und einen oberen Abschnitt mit einem oberen Ende, das mit
einer Betätigungseinheit
zum Verschieben der Nadel aus der Schließposition zusammenwirkt, besitzt,
und ferner eine Federeinrichtung zum Drücken der Ventilnadel in die
Schließposition
aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einstellen
der Federvorspannung in einer derartigen Dosiervorrichtung.
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Ein
Einspritzventil des vorstehend erwähnten Typs ist in der europäischen Patentanmeldung
EP 1 046 809 A2 beschrieben.
Für diese
Einspritzvorrichtungen muss die Vorspannung der Vorspannfeder des
Ventilkörpers
zu irgendeinem Zeitpunkt im Montageprozess eingestellt werden. Gegenwärtig wird
die Einstellung durchgeführt,
indem zuerst die Ventilkörperuntergruppe
zusammengebaut wird, dann die anfängliche Federvorspannung gemessen wird
und, wenn festgestellt wird, dass die Federvorspannung außerhalb
der Toleranz liegt, ein metallischer Abstandshalter zwischen die
Feder selbst und ihren Sitz am Ven tilkörper eingeführt wird, um eine erhöhte Steifigkeit
und somit eine erhöhte
Vorspannung der Feder zu verleihen. Die Federvorspannung wird dann
erneut gemessen. Wenn ihr Wert immer noch außerhalb der Toleranz liegt,
wird das Verfahren wiederholt. Eine derartige iterative Sequenz
ist jedoch zeitraubend und teuer und kann nicht auf die Massenproduktion
in einer Fabrik übertragen
werden.
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In
der
EP 1 106 817 A2 ist
ein Einspritzventil beschrieben, das eine Federscheibe umfasst,
die durch Schweißen
an der Ventilnadel befestigt ist. Die Feder wird zwischen die Federscheibe
und das Gehäuse
des Ventils gezwungen. Die Federvorspannung kann somit durch Schweißen der
Federscheibe an die geeignete axiale Stelle an der Ventilnadel eingestellt
werden.
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Die
US 6 260 776 B1 beschreibt
einen anderen Versuch zur Fixierung eines Federhalters an einer
Ventilnadel. Der Federhalter besitzt eine konische Bohrung. Ein
konisch geformter Halter, der innerhalb der Bohrung angeordnet ist,
fixiert den Federhalter an der Ventilnadel.
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Die
US 6 224 001 B1 offenbart
eine Nadel eines Einspritzventils, die am oberen Ende ein Schraubengewinde
aufweist. Auf dieses Schraubengewinde kann ein Federanschlagelement
geschraubt werden, das eine Feder unter Druck setzt, die die Ventilnadel in
eine geschlossene Position vorspannt. Bei einer anderen offenbarten
Ausführungsform
weist ein Federanschlagelement eine Hülse auf, die in ihrer Axialposition
auf der Ventilnadel von einer Mutter fixiert wird, welche auf das
Schraubengewinde am oberen Ende der Ventilnadel geschraubt ist.
Die Mutter ist über
einen Stift, eine Verriegelungsmutter, eine Verriegelungsschraube
oder eine entsprechende Technik an der Nadel befestigt, um eine
unerwünschte Drehung
zwischen der Mutter und der Nadel zu vermeiden.
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Angesichts
des vorhergehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das
Einstellverfahren für
die Vorspannung einer Vorspannfeder in einer Dosiervorrichtung des
vorstehend erwähnten
Typs zu verbessern.
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Dieses
Ziel wird mit einer Dosiervorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch
1 und mit einem Verfahren zum Einstellen einer Federvorspannung
in einer Dosiervorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch
7 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Erfindungsgemäß ist in
einer Dosiervorrichtung des vorstehend erwähnten Typs eine Blockiereinrichtung,
die von einer Federscheibe mit einer Manschette gebildet wird, an
einem Schraubteil des oberen Abschnittes der Ventilnadel angeordnet
und hiermit verbördelt,
um die Federeinrichtung in einer Arbeitsstellung zu blockieren und
auf diese Weise eine vorgegebene Federvorspannung vorzusehen. Diese
Lösung
hat die Vorteile, dass sie für
eine Automatisierung sehr gut geeignet ist, für einen guten Beanspruchungswert
sorgt, eine flexible Einstellung der Beanspruchung ermöglicht und
nur geringe Werkzeuginvestitionen erfordert.
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Bei
der vorstehenden Ausführungsform
kann der Schraubteil der Ventilnadel eine Ganghöhe zwischen etwa 0,1 mm und
etwa 0,5 mm, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,4 mm,
besitzen.
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Der
Schraubteil weist vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen auf,
die jeweils einen unteren Zahnwinkel und einen oberen Zahnwinkel
besitzen. Der untere und obere Zahnwinkel betragen zwischen etwa
30° und
etwa 45°.
Bei einer besonders bevorzug ten Ausführungsform betragen der untere
und obere Zahnwinkel beide etwa 30°. Bei einer anderen besonders
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der untere Zahnwinkel etwa 30°,
während
der obere Zahnwinkel etwa 45° beträgt, so dass
auf diese Weise eine Sägezahnform
gebildet wird.
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Bei
allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Federscheibe
vorteilhafterweise aus rostfreiem Stahl hergestellt, vorzugsweise
aus SS 304, SS 316, SS 430 FR oder SS 416 P70. Besonders gute Ergebnisse
werden mit Scheiben aus rostfreiem Stahl 316 oder 416 P70 erreicht.
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Erfindungsgemäß wird bei
einem Verfahren zum Einstellen der Federvorspannung in irgendeiner der
vorstehend beschriebenen Dosiervorrichtungen eine variable externe
Vorspannkraft auf die Deckfläche
der Federscheibe während
des Montageprozesses der Dosiervorrichtung aufgebracht, die externe Vorspannkraft
gemessen und die Manschette auf den Schraubteil am oberen Abschnitt
der Ventilnadel gebördelt,
um die Federeinrichtung in einer Arbeitsstellung zu blockieren,
wenn eine vorgegebene Federvorspannung erreicht ist. Die Manschette
wird vorteilhafterweise unter Verwendung eines Stanzwerkzeuges mit
zwei parallelen scharfen Zähnen
als Bördelwerkzeug
auf die Ventilnadel gebördelt.
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Die
mit den technischen Merkmalen der Erfindung erreichten Vorteile
umfassen
- – eine
sehr kompakte Prozesssequenz, bei der die Vorspannkraft in einem
einzigen Montageschritt aufgebracht und gemessen wird;
- – eine
erhöhte
Belastungskapazität
der Komponenten;
- – die
Vorspannkraft kann direkt ohne die Verwendung von zusätzlichen
Teilen, wie metallischen Abstandshaltern, eingestellt werden; und
- – der
Montageprozess ist kompatibler mit einer Produktion mit hohen Volumina.
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Die
Konstruktion der Erfindung sowie ihr Funktionsverfahren zusammen
mit weiteren Zielen und Vorteilen der Erfindung werden am besten
aus der nachfolgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen verständlich.
Hiervon zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Ventilkörpers einer
Einspritzvorrichtung, die nicht der Erfindung entspricht, mit einem Schraubteil
am oberen Abschnitt der Ventilnadel, einer Federscheibe und einer
aufgeschraubten Haltemutter als Blockiereinrichtung;
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2 eine Schnittansicht der Federscheibe in 2(a) und der Haltemutter in 2(b), die zusammen die Blockiereinrichtung
der 1 bilden;
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3 eine
perspektivische Ansicht wie in 1 eines
teilweise montierten Ventilkörpers
einer Einspritzvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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4 eine
schematische Seitenansicht der Federscheibe mit einer Manschette,
die die Blockiereinrichtung der 3 bildet;
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5 ein
Bördelwerkzeug,
das zum Verbördeln
der Federscheibe der 3 und 4 mit der Ventilnadel
verwendet werden kann;
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6 eine
detaillierte Ansicht des Schraubteiles der Ventilnadel der Ausführungsform
der 3;
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7 eine
perspektivische Ansicht des oberen Teiles einer Ventilnadel und
einer laserverschweißten
Blockiereinrichtung nicht gemäß der Erfindung;
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8 eine
Schnittansicht der Federscheibe, die die Blockiereinrichtung der 7 bildet;
und
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9 ein
Ablaufdiagramm einer Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
ein Einspritzventil 10 für Benzinmotoren mit Direkteinspritzung,
das ein Gehäuse 12 mit
einem Endteil, der mit einem Auslasskanal 14 versehen ist,
welcher mit einer Dosieröffnung
(nicht gezeigt) endet, und eine axial bewegliche Ventilnadel 16,
die sich durch den Auslasskanal 14 erstreckt, umfasst.
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Die
Ventilnadel 16 hat einen unteren Abschnitt innerhalb des
Auslasskanals 14, von dem ein unteres Ende das Öffnen und
Schließen
der Dosieröffnung
steuert. Der obere Abschnitt der Ventilnadel 16 endet in
einem oberen Ende 18, das mit einer Betätigungseinheit (nicht gezeigt)
zur Verschiebung der Nadel 16 aus ihrer Schließposition
zusammenwirkt.
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In
Abhängigkeit
von einer Erregungsspannung nimmt die Axiallänge der Betätigungseinheit zu, wobei diese
Verlängerung
auf die Ventilnadel 16 übertragen
wird. Die Ventilnadel 16 drückt eine Vorspannfeder 20 zusammen
und hebt von ihrem Sitz ab, um mit der Einspritzung von unter Druck
stehendem Benzin in den Motorzylinder zu beginnen. Beim Abschalten
der Erregungsspannung nimmt die Länge der Betätigungseinheit auf ihrem normalen
Wert ab und drückt
die Vorspannfeder 20 die Ventilnadel 16 in ihre
Schließstellung
zurück.
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1 zeigt
das Einspritzventil in einem teilweise montierten Zustand während des
Montageprozesses. Das Gehäuse 12,
die Feder 20 und die Blockiereinrichtung 24, 28,
die nachfolgend beschrieben wird, sind aus Klarheitsgründen teilweise
weggeschnitten gezeigt.
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Der
obere Abschnitt der Ventilnadel 16 ist mit einem Schraubteil 22 versehen.
Eine Federscheibe 24 ist auf die Ventilnadel 16 gesetzt
und mit der Vorspannfeder 20 in Kontakt gebracht. Um die
Vorspannkraft der Vorspannfeder 20 einzustellen, wird eine
externe Vorspannkraft 26 auf die Oberseite der Federscheibe 24 aufgebracht
und mit einer dynamometrischen Vorrichtung, d.h. einer Lastzelle,
gemessen. Wenn eine Vorspannkraft innerhalb des erforderlichen Toleranzbereiches
erreicht ist, wird eine mit einem Gewinde versehene Haltemutter 28 auf
den Schraubteil 22 der Ventilnadel 16 geschraubt,
wodurch die Federscheibe 24 und die Arbeitsstellung der
Vorspannfeder 20 blockiert werden. Es ist nur ein einziger
Schritt erforderlich, um die Vorspannkraft aufzubringen und zu messen.
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2 zeigt Schnittansichten der Federscheibe 24 (2(a)) und der Haltemutter 28 (2(b)). Die Federscheibe 24 ist
mit einer konischen zentrischen Bohrung 30 versehen, und
die Haltemutter 28 besitzt eine entsprechende konische
Außenform. Beide
Kegel haben den gleichen Kegelwinkel α. Bei der dargestellten Ausführungsform
beträgt α 15°.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist in den 3 und 4 gezeigt.
Die Ventilnadel 16 ist mit einem Schraubteil 22 versehen,
der eine Vielzahl von Zähnen 36 besitzt.
Eine Federscheibe 32 mit einer Manschette 34 aus
rostfreiem Stahl SS 316 ist auf den oberen Teil der Ventilnadel
gesetzt. Eine externe Vorspannkraft 26 wird auf die Oberseite
der Federscheibe 32 aufgebracht. Im gleichen Schritt wird die
Vorspannkraft mit einer Lastzelle gemessen. Wenn die Feder ihre
erforderliche Vorspannungslänge
erreicht, wird die Manschette 34 mit dem Schraubteil 22 verbördelt, wie
durch die Pfeile 38 angedeutet.
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Um
einen wirksamen Bördelvorgang
durchzuführen,
kann ein Stanzwerkzeug 40 mit zwei scharfen Zähnen 42,
wie in 5 gezeigt, verwendet werden.
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6 zeigt
die Konstruktion des Schraubteiles 22 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
Einspritzventils im Einzelnen. Jeder aus der Vielzahl der Zähne 36 hat
einen unteren Zahnwinkel 44 und einen oberen Zahnwinkel 46,
die so ausgewählt sind,
dass sie zwischen etwa 30° und
etwa 45° liegen.
Bei der dargestellten Ausführungsform
sind der untere Zahnwinkel 44 und der obere Zahnwinkel 46 so
ausgewählt,
dass sie 30° betragen.
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In
den 7 und 8 ist eine andere Ausführungsform
einer Dosiervorrichtung, die nicht der Erfindung entspricht, dargestellt. 7 ist
eine perspektivische Ansicht des oberen Teiles einer Ventilnadel 16,
auf den eine Federscheibe 48 gesetzt ist. Die Federscheibe 48 ruht
auf einer Schraubenfeder, die in 7 weggelassen
ist. Eine externe Vorspannkraft 26 wird auf die Oberseite
der Federscheibe 48 aufgebracht, und im gleichen Schritt
wird die Vorspannkraft mit einer Lastzelle gemessen. Wenn die Feder
ihre erforderliche Vorspannlänge
er reicht, wird die Federscheibe 48 mit dem oberen Abschnitt
der Ventilnadel 16 laserverschweißt, so dass auf diese Weise
die Arbeitsposition der Vorspannfeder blockiert wird. Die Federscheibe
kann kontinuierlich verschweißt
sein oder vorzugsweise an der Ventilnadel 16 über eine
Vielzahl von Schweißpunkten 50,
wie 3, 4, 6 oder 8, befestigt sein, wobei diese Schweißpunkte
mit gleichen Abständen
um den Umfang der Ventilnadel 16 herum angeordnet sind.
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8 zeigt
eine Schnittansicht der Federscheibe 48 sowie einen erhabenen
Abschnitt 52 auf der Oberseite, der alle Laserschweißpunkte 50 enthält.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
Das dargestellte Verfahren beginnt in Schritt S1. In Schritt S2
wird eine variable externe Vorspannung auf die Oberseite der Blockiereinrichtung
aufgebracht. Die aufgebrachte Vorspannung wird in Schritt S3 gemessen.
In Schritt S4 wird überprüft, ob die
vorgegebene Federvorspannung erreicht ist. Wenn dies nicht der Fall
ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S2 zurück, und es wird eine unterschiedliche externe
Vorspannkraft aufgebracht. Wenn in Schritt S4 festgestellt wird,
dass die vorgegebene Federvorspannung erreicht ist, rückt das
Verfahren zu Schritt S5 vor. In Schritt S5 wird die Blockiereinrichtung
am oberen Abschnitt der Ventilnadel befestigt, um die Federeinrichtung
in einer Arbeitsposition zu blockieren. Die Befestigung wird durch
Verbördeln
einer Manschette der Blockiereinrichtung durchgeführt. Das
in 9 gezeigte Verfahren endet in Schritt S6.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen und in den
Patentansprüchen
offenbarten Merkmale können
allein sowie in jeder beliebigen Kombination für die Durchführung der
Erfindung von Bedeutung sein.