EP3014108A1 - Druckregelventil mit seitenkanal am ventilstift - Google Patents

Druckregelventil mit seitenkanal am ventilstift

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EP3014108A1
EP3014108A1 EP14729674.3A EP14729674A EP3014108A1 EP 3014108 A1 EP3014108 A1 EP 3014108A1 EP 14729674 A EP14729674 A EP 14729674A EP 3014108 A1 EP3014108 A1 EP 3014108A1
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EP
European Patent Office
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valve
actuator
actuating element
housing
pressure control
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EP14729674.3A
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English (en)
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EP3014108B1 (de
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Dietmar Uhlmann
Vittorio Caroli
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP3014108A1 publication Critical patent/EP3014108A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3014108B1 publication Critical patent/EP3014108B1/de
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/005—Pressure relief valves
    • F02M63/0052—Pressure relief valves with means for adjusting the opening pressure, e.g. electrically controlled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0071—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059 characterised by guiding or centering means in valves including the absence of any guiding means, e.g. "flying arrangements"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/023—Means for varying pressure in common rails
    • F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure

Definitions

  • the invention relates to a pressure control valve, for example, in a
  • Fuel supply system of a vehicle is used, as well as a method for producing the pressure control valve.
  • pressure control valves are used, for example, to regulate a pressure in a high pressure region of a common rail injection system at a certain level.
  • a pressure regulating valve usually has an actuator in the form of an electromagnet, which can move a valve pin or pressure pin in a valve pin bore and a
  • Sealing element such as a valve ball, by the magnetic force in one
  • Valve seat holds to close the pressure control valve.
  • valve pin In known pressure control valves, the valve pin is held in an axial guide which is embodied in a separate component from the valve seat, whereby an axial offset can be present between the guide of the valve pin and the valve seat. In most cases, the interface between the valve pin and the sealing element is therefore designed so that the lateral
  • the dome is stamped on the valve pin in the assembled state to compensate for the axial offset. Also become tolerances with respect to coaxiality for a valve body, a
  • Valve housing and the valve pin concentrated. These measures are usually associated with increased costs and / or deteriorated output.
  • One aspect of the invention relates to a pressure regulating valve, which can be built into the housing of a high pressure pump of a common rail injection system, for example.
  • the pressure regulating valve comprises a housing having an inlet opening and an outlet opening; a valve seat in the housing at the end of the inlet opening; a guided in the housing valve pin with an actuating element or a valve needle for
  • Actuator which is adapted to be discontinued upon movement of the valve pin in the valve seat, so that a fluid flow between the input port and the discharge port is interrupted.
  • Actuator is guided in a guide in the housing and has at least one side channel, which is adapted to guide fluid from the inlet opening through the guide in the direction of the outflow opening.
  • Valve body are guided, in which the valve seat is included.
  • an axial offset between the guide of the actuating element and the valve seat can be avoided, which can lead to a cost reduction by a simplified manufacturing process.
  • a better axial alignment also usually leads to a central force on the
  • Actuator and / or the sealing element and thus to a reduction of wear and hysteresis. Furthermore, the tightness of the valve can be improved. Also, expensive, non-robust methods, such as the internal embossing of the actuator on the sealing element, in the manufacture of the
  • the valve seat and an axial guide of the actuating element can be provided for example by a one-piece valve body.
  • a greatly improved coaxiality between the guide of the actuating element and the valve seat can then be achieved by machining the guide and valve seat with a single tool (for example a step tool).
  • the valve body may be a part of the housing, in which the sealing element (for example, a ball) and the valve seat (for example, a conical surface) are provided.
  • a guide for the actuator or more generally a guide for the valve pin may be an axial bore / opening in the valve body or housing. This bore or opening may have the same cross-sectional area as the actuating element.
  • the actuating element has at least three axial side channels.
  • the side channels or longitudinal grooves can be arranged symmetrically to a central axis of the actuating element.
  • the actuating element at least partially has a cylindrical basic shape and at least a side channel is formed by a recess / groove in the axial direction.
  • the one or more side channels may be, for example, longitudinal grooves. In this way, the outflow of the fluid to the low pressure region axially on the
  • Side channel have a substantially uniform cross section, for example with a cylindrical surface.
  • the at least one side channel can widen radially inwards in the direction of a point with the sealing element.
  • this tapers are identical to one embodiment of the invention.
  • the sealing element comprises a valve ball which is separate from the actuating element. But it is also possible that the sealing element is part of the actuating element or with this
  • valve ball is discontinued in a dome at a tip of the actuating element.
  • a dome can be understood a surface that is part of a spherical surface.
  • the valve pin comprises an anchor pin which is supported on the actuating element.
  • the valve pin may comprise several parts.
  • the pressure regulating valve may comprise an actuator for moving the anchor pin, which may be, for example, a coil or an electromagnet. That separated from the anchor pin
  • Actuator can be supported (for example, via an intermediate element or a cap on the anchor pin) on the anchor pin and moved by this with.
  • fluid such as fuel
  • the anchor pin is at least partially hollow and provides a connection for the fluid to the discharge opening.
  • the anchor pin can be designed as a tube.
  • the housing comprises a separate housing part separated from the valve body with a guide for the
  • Anchor pin The housing can thus be constructed in several parts. In this way, the two housing parts can be made of different materials.
  • the guide for the actuator may be integrated in the valve body, which is normally made of a hard material to avoid wear of the valve seat.
  • the further housing part may be made of a softer material.
  • the actuating element has a larger diameter than the anchor pin. In this way, an axial fluid flow through the side channel can be converted into an axial fluid flow in the hollow channel without much lateral movement.
  • the actuating element at one end, which is opposite to the sealing element, a support surface in the form of a (spherical) dome.
  • a center of the dome may be located within the sealing element.
  • the sealing element may be a valve ball and the radius of the dome for the support surface may be selected so that the center of the dome coincides with the center of the valve ball.
  • the dome for receiving the valve ball at the tip of the actuating element may have a radius, so that the center of the dome for receiving the valve ball coincides with the center of the dome of the support surface and / or the center of the valve ball.
  • Actuator is substantially centered on the sealing element, even if the actuator is slightly tilted within the guide (for example due to a game).
  • Another aspect of the invention relates to a method of assembling a pressure regulating valve, comprising the steps of providing a housing for the pressure regulating valve with a guide for an actuating element a valve pin and a valve seat for depositing a valve ball;
  • the actuator with a dome at one end for receiving the valve ball, the dome being formed prior to assembly of the housing and the actuator in the actuator; and assembling the housing, the actuator, and the valve ball by positioning the valve ball on the valve seat and inserting the actuator into the guide. In this way, embossing of the tip of the actuator during assembly can be avoided.
  • the method further comprises the step of: casting the actuator with the dome.
  • the dome is thus not coined during assembly, but is already present after the casting of the actuator.
  • the actuator may have at least one side channel formed during casting.
  • the actuating element can be shaped, for example, by means of MI M (metal injection molding).
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a pressure regulating valve according to a
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through a pressure regulating valve according to another embodiment of the invention.
  • 3A and 3B show the components of a valve pin for a pressure control valve according to an embodiment of the invention in two perspective views.
  • Fig. 4A shows a side view of an actuating element for a
  • FIG. 4B shows a sectional view of the actuator of Fig. 4A.
  • FIG. 4C shows a front view of the actuator of Fig. 4A.
  • FIG. 4D shows a perspective view of the actuator of FIG. 4A.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a pressure regulating valve 10 which comprises a multi-part pressure pin or valve pin 12 which can be pressed by means of magnetic force against a valve seat 14 to a flow of a fluid (such as
  • Fuel to a vehicle Fuel to a vehicle) from an input port 16 into a discharge port 18 to prevent.
  • the valve pin 12 has an anchor pin 12a and an actuator 12b, which are arranged one behind the other in a multi-part housing 20, are guided by the latter in an axial direction A and axially aligned in the axial direction A.
  • the anchor pin 12a has a smaller diameter than the actuator 12b.
  • the anchor pin 12a is in a first housing part 20a and the
  • Actuating element 12b is guided in a second housing part 20b or valve body 20b, wherein the valve body 20a is connected to the first housing part 20a via a screw connection 22. Between the housing part 20a and the valve body 20b, a sealing ring 23 is arranged.
  • first housing part 20a In the first housing part 20a is an axial guide opening 24 for guiding the anchor pin 12a.
  • second housing part 20b In the second housing part 20b is an axial guide opening 26 for guiding the actuating element 12b.
  • the two guide openings each have the same inner diameter as the corresponding outer diameter of the anchor pin 12 a and
  • Actuator 12b In the housing part 20a, an actuator 28 in the form of a coil surrounding the anchor pin 12a coil 28 is arranged, which generates a magnetic field when energized, which acts on an anchor plate 30 which is attached to one end of the anchor pin 12a.
  • the anchor plate 30 is disposed in an opening 32 in the housing 20, which is formed between a valve cover 34 and the housing part 20 a.
  • the valve cover 34 is placed on the housing part 20a. Between the housing part 20 a and the valve cover 34, a further sealing ring 36 is arranged.
  • the valve cover 34 provides the axial outflow opening 18, which is opposite to the axial inlet opening 16. Furthermore, the valve cover 34 has an electrical interface 38, in which electrical contacts, such as connector pins, for energizing the coil 28 are arranged.
  • the valve seat 14 is formed in the valve body 20b, for example in the form of a conical seat.
  • the valve seat 14 is located in the axial direction A.
  • valve body 20b opposite a tip 40 of the actuator 12b, on which a valve ball 42 is located.
  • the pressure regulating valve 10 can be fixed by means of the valve body 20b in a rail tube 46 of a common rail system, for example via a
  • Shim 50 is arranged, with which the distance between the valve tip 40 and the valve seat 14 can be adjusted in the axial direction.
  • an anchor pin cap 52 is attached, which is discontinued at one end 54 of the actuating element 12b. If the pressure control valve 10 is not energized, a valve spring 56 pushes the
  • Anchor plate 30 together with the anchor pin 12a in the axial direction A away from the valve seat 14.
  • the actuating element 12b with the valve ball 42 is also moved in this direction.
  • valve pin 12 serve as its components, the anchor pin 12a, the anchor pin cap 46 and the actuator 12b, not only for
  • the anchor pin 12a is hollow or tubular and has a hollow channel 58 in its interior.
  • the actuator 12b has lateral, axial channels 60 and grooves 60, respectively.
  • the anchor pin cap 46 is adapted to fluid flow out of the
  • fluid can now flow in a substantially axial fluid flow from the inlet opening 16 past the valve ball 42 through the side channels 60, is then deflected by the anchor pin cap 46 in the hollow channel 58 of the anchor pin 12a to there in the direction of
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a pressure regulating valve 10, in which the actuating element 12b has an integrally formed sealing element 42 '. Since the guide opening 26 and the valve seat 14 are arranged in the same component 20b, this allows a much more precise position of these two components
  • the anchor pin plate 52 'of Fig. 2 has no openings, but closes the end of the anchor pin 12a. Instead, the anchor pin 12a has lateral Openings 66, through the fluid, the actuator 12 b
  • the outer diameter of the anchor pin 12a is greater than the outer diameter of the actuating element.
  • the pressure control valve of FIG. 2 may be constructed the same as that of FIG. 1.
  • FIGS 3A and 3B show components of the valve pin 12 in two
  • the actuator 12b has three side channels 60 which extend in the axial direction A.
  • Each of the side channels 60 has a circular segment-shaped cross section.
  • the cross section of the side channels 60 widens in such a way that they touch the valve ball 42.
  • the Umlenkkappe 52 is inserted by means of a groove connection 68 on the anchor pin 12a.
  • the Umlenkkappe 52 and the anchor pin 12a have the same outer diameter, which is smaller than the outer diameter of the valve needle 12b.
  • FIGS. 4A to 4D show the actuating element 12b from different views, as also shown for example in FIGS. 1 and 3A or 3B.
  • the actuating element 12b of FIG. 2 can be constructed in the same way as the actuating element 12b shown in FIGS. 4A to 4D except for the integral sealing element 42 '.
  • the actuating element 12b has a cylindrical base body, which merges at one end into a tip 40 with a cap 70, which serves to receive a valve ball 42. At an opposite end, it has a rounded support surface 54 for the deflection cap 52, 52 '.
  • the actuating element 12b has three side channels 60, which extend in the axial direction A. Each of the side channels 60 has one
  • the cap 70 may be prefabricated in the actuator 12b. A complex embossing process in the assembled state is no longer necessary. Since the production of the dome 70 does not necessarily have to be made by embossing, an increase in the dome depth is possible. A lateral oscillation movement of the valve ball 42 due to the instability of the flow of the fluid can thus be avoided more effectively. Consequently, the robustness against the generation of disturbing noises is then greater.
  • Another advantage is the ability to interpret the hardness of the actuator 12b regardless of the depth of the cap 70.
  • the actuator 12b can be designed harder and thus be more robust against transport and handling damage.
  • the support surface 54 is also a dome with a spherical surface of radius R.
  • the radius R is designed so that the center 72 of the theoretical sphere is identical to the center of the dome 70 and the valve ball 42, respectively. This ensures that the introduction of force from the actuator 22 to the
  • Actuator 12b and the actuator 12b on the valve ball 42 is always centric, even if the actuator 12b tilts slightly within the game of the guide 26.
  • valve ball 42 When opening and closing the valve 10, the valve ball 42 is taken over the dome 70 from the actuator 12b. Especially when closing is ensured thanks to the good coaxiality between the guide 26 and the valve seat 14 that the sealing element 42 hits the valve seat 14 centrally. Thus, it is avoided that the valve ball 42 must slide with significant friction losses along one side of the valve seat 14 and that the
  • Actuator 12b canted due to the lateral reaction forces. Consequently, the robustness increases over a closing hysteresis.
  • “comprehensive” does not exclude other elements or steps, and "a” or “an” does not exclude a multitude It should be understood that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of others described above

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Abstract

Ein Druckregelventil (10) umfasst ein Gehäuse (20) mit einer Eingangsöffnung (16) und einer Abströmöffnung (18);einen Ventilsitz (14) im Gehäuse (20) am Ende der Eingangsöffnung (16);einen im Gehäuse (20) geführten Ventilstift (12) mit einem Betätigungselement (12b) zum Verschließen des Ventilsitzes (14);und ein Dichtelement (42, 42') an einem Ende des Betätigungselements (12b), das dazu ausgeführt ist, bei Bewegung des Ventilstifts (12) in dem Ventilsitz (14) abgesetzt zu werden, so dass ein Fluidstrom zwischen der Eingangsöffnung (16) und der Abströmöffnung (18) unterbrochen wird. Das Betätigungselement (12b) ist in einer Führung (26) im Gehäuse (20) geführt und weist wenigstenseinen Seitenkanal (60) auf, der dazu ausgeführt ist, Fluid von der Eingangsöffnung (16) durch die Führung (26) in Richtung der Abströmöffnung (18) zu leiten.

Description

Beschreibung
Druckregelventil mit Seitenkanal am Ventilstift
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, das beispielsweise in einem
Kraftstoffversorgungssystem eines Fahrzeugs zum Einsatz kommt, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Druckregelventils.
Hintergrund der Erfindung
In Fahrzeugen werden Druckregelventile beispielsweise dazu verwendet, einen Druck in einem Hochdruckbereich eines Common- Rail-Einspritzsystems auf einem bestimmten Niveau zu regeln. Ein derartiges Druckregelventil weist in der Regel einen Aktuator in der Form eines Elektromagneten auf, der einen Ventilstift bzw. Druckstift in einer Ventilstiftbohrung bewegen kann und der ein
Dichtelement, wie etwa eine Ventilkugel, durch die Magnetkraft in einem
Ventilsitz hält, um das Druckregelventil zu schließen.
Bei bekannten Druckregelventilen wird der Ventilstift in einer axialen Führung gehalten, die in einem vom Ventilsitz getrennten Bauteil ausgeführt ist, wodurch zwischen der Führung des Ventilstifts und dem Ventilsitz ein Achsenversatz vorhanden sein kann. In den meisten Fällen wird die Schnittstelle zwischen dem Ventilstift und dem Dichtelement daher so ausgeführt, dass die seitliche
Bewegung des Dichtelementes zugunsten eines leisen Betriebes verhindert wird (beispielsweise mittels einer tiefen Kalotte, in welche eine Ventilkugel teilweise versenkt ist). Diese radiale Bindung des Dichtelementes mit dem Ventilstift kann in
Kombination mit dem oben genannten Achsenversatz zwischen der Führung des Ventilstifts und dem Ventilsitz dazu führen, dass das Ventil nicht dicht ist oder eine Schließverzögerung bzw. -hysterese aufweist.
Um diese zu umgehen, wird beispielsweise die Kalotte am Ventilstift im montierten Zustand zur Kompensation des Achsenversatzes geprägt. Auch werden Toleranzen bezüglich Koaxialität für einen Ventilkörper, ein
Ventilgehäuse und dem Ventilstift eingeengt. Diese Maßnahmen sind in der Regel aber mit erhöhten Kosten und/oder mit verschlechterter Ausbringung verbunden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges, leicht herzustellendes und dicht schließendes Druckregelventil bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Druckregelventil, das beispielsweise in das Gehäuse einer Hochdruckpumpe eines Common- Rail- Einspritzsystems verbaubar ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Druckregelventil ein Gehäuse mit einer Eingangsöffnung und einer Abströmöffnung; einen Ventilsitz im Gehäuse am Ende der Eingangsöffnung; einen im Gehäuse geführten Ventilstift mit einem Betätigungselement bzw. einer Ventilnadel zum
Verschließen des Ventilsitzes und ein Dichtelement an einem Ende des
Betätigungselements, das dazu ausgeführt ist, bei Bewegung des Ventilstifts in dem Ventilsitz abgesetzt zu werden, so dass ein Fluidstrom zwischen der Eingangsöffnung und der Abströmöffnung unterbrochen wird. Das
Betätigungselement ist in einer Führung im Gehäuse geführt und weist wenigstens einen Seitenkanal auf, der dazu ausgeführt ist, Fluid von der Eingangsöffnung durch die Führung in Richtung der Abströmöffnung zu leiten.
Auf diese Weise kann das Betätigungselement im selben Bauteil (einem
Ventilkörper) geführt werden, in dem auch der Ventilsitz enthalten ist. So kann ein Achsenversatz zwischen der Führung des Betätigungselementes und dem Ventilsitz vermieden werden, was durch einen vereinfachten Herstellungsprozess zu einer Kostenreduzierung führen kann. Eine bessere axiale Ausrichtung führt außerdem in der Regel zu einer zentrischen Krafteinleitung auf das
Betätigungselement und/oder das Dichtelement und somit zu einer Reduzierung von Verschleiß und Hysterese. Weiter kann die Dichtheit des Ventils verbessert werden. Auch können teure, nicht robuste Verfahren, wie das interne Prägen des Betätigungselementes auf dem Dichtelement, bei der Herstellung des
Druckregelventils entfallen.
Der Ventilsitz und eine axiale Führung des Betätigungselements können beispielsweise von einem einstückigen Ventilkörper bereitgestellt werden. Eine stark verbesserte Koaxialität zwischen der Führung des Betätigungselementes und dem Ventilsitz kann dann durch Bearbeitung von Führung und Ventilsitz mit einem einzigen Werkzeug (beispielsweise einem Stufenwerkzeug) erreicht werden. Der Ventilkörper kann dabei ein Teil des Gehäuses sein, in dem das Dichtelement (beispielsweise eine Kugel) und der Ventilsitz (beispielsweise eine Kegelfläche) bereitgestellt sind.
Eine Führung für das Betätigungselement oder ganz allgemein eine Führung für den Ventilstift kann eine axiale Bohrung/Öffnung im Ventilkörper bzw. Gehäuse sein. Diese Bohrung bzw. Öffnung kann die gleiche Querschnittsfläche wie das Betätigungselement aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Betätigungselement wenigstens drei axiale Seitenkanäle auf. Die Seitenkanäle bzw. Längsnuten können dabei symmetrisch zu einer Mittelachse des Betätigungselements angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Betätigungselement zumindest abschnittsweise eine zylindrische Grundform auf und der wenigstens eine Seitenkanal ist durch eine Aussparung/Nut in axialer Richtung gebildet. Der oder die Seitenkanäle können beispielsweise Längsnuten sein. Auf diese Weise kann das Abströmen des Fluids zum Niederdruckbereich axial an dem
Betätigungselement vorbei erfolgen.
In einem Abschnitt des Betätigungselements kann der wenigstens eine
Seitenkanal einen im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise mit einer Zylinderfläche. Der wenigstens eine Seitenkanal kann sich in Richtung einer Spitze mit dem Dichtelement radial nach innen aufweiten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich das
Betätigungselement an einem Ende mit dem Dichtelement zu einer Spitze, an der das Dichtelement vorgesehen ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Dichtelement eine vom Betätigungselement getrennte Ventilkugel. Es ist aber auch möglich, dass das Dichtelement Teil des Betätigungselements ist bzw. mit diesem
integral/einstückig gefertigt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilkugel in einer Kalotte an einer Spitze des Betätigungselements abgesetzt. Unter einer Kalotte kann dabei eine Fläche verstanden werden, die Teil einer Kugelfläche ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Ventilstift einen Ankerstift, der auf dem Betätigungselement abgestützt ist. Mit anderen Worten kann der Ventilstift mehrere Teile umfassen. Das Druckregelventil kann einen Aktuator zum Bewegen des Ankerstifts umfassen, der beispielsweise eine Spule bzw. ein Elektromagnet sein kann. Das vom Ankerstift getrennte
Betätigungselement kann (beispielsweise über ein Zwischenelement oder eine Kappe auf dem Ankerstift) auf dem Ankerstift abgestützt sein und von diesem mit bewegt werden. Ist das Ventil offen, d.h., sitzt das Dichtelement nicht auf dem Ventilsitz, kann Fluid, wie etwa Kraftstoff, zwischen der Eingangsöffnung und der Abströmöffnung strömen und ein Druck vor der Eingangsöffnung kann abgebaut werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ankerstift zumindest abschnittsweise hohl und stellt eine Verbindung für das Fluid zur Abströmöffnung bereit. Beispielsweise kann der Ankerstift als Rohr ausgeführt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse einen vom Ventilkörper getrennten weiteren Gehäuseteil mit einer Führung für den
Ankerstift. Das Gehäuse kann damit auch mehrteilig aufgebaut sein. Auf diese Weise können die beiden Gehäuseteile aus unterschiedlichem Material hergestellt werden. Die Führung für das Betätigungselement kann in dem Ventilkörper integriert sein, der normalerweise aus einem harten Material hergestellt ist, um einen Verschleiß des Ventilsitzes zu vermeiden. Das weitere Gehäuseteil kann aus einem weicheren Material hergestellt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Betätigungselement einen größeren Durchmesser auf als der Ankerstift. Auf diese Weise kann eine axiale Fluidströmung durch den Seitenkanal ohne große seitliche Bewegung in eine axiale Fluidströmung im Hohlkanal überführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Betätigungselement an einem Ende, das dem Dichtelement gegenüberliegt, eine Abstützfläche in der Form einer (Kugel-) Kalotte auf. Ein Zentrum der Kalotte kann sich innerhalb des Dichtelements befinden. Beispielsweise kann das Dichtelement eine Ventilkugel sein und der Radius der Kalotte für die Abstützfläche kann so gewählt sein, dass das Zentrum der Kalotte mit dem Zentrum der Ventilkugel übereinstimmt. Auch die Kalotte zur Aufnahme der Ventilkugel an der Spitze des Betätigungselements kann einen Radius aufweisen, so dass das Zentrum der Kalotte zur Aufnahme der Ventilkugel mit dem Zentrum der Kalotte der Abstützfläche und/oder dem Zentrum der Ventilkugel übereinstimmt. So kann gewährleistet werden, dass die Krafteinleitung vom Ankerstift auf das Betätigungselement und/oder vom
Betätigungselement auf das Dichtelement im Wesentlichen zentrisch ist, auch wenn das Betätigungselement innerhalb der Führung (beispielsweise aufgrund eines Spiels) leicht gekippt ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau eines Druckregelventils, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Gehäuses für das Druckregelventil mit einer Führung für ein Betätigungselement eines Ventilstifts und mit einem Ventilsitz zum Absetzen einer Ventilkugel;
Bereitstellen des Betätigungselement mit einer Kalotte an einem Ende zur Aufnahme der Ventilkugel, wobei die Kalotte vor einem Zusammenbau des Gehäuses und des Betätigungselements in dem Betätigungselement geformt wird; und Zusammenbau des Gehäuses, des Betätigungselements und der Ventilkugel durch Positionieren der Ventilkugel auf dem Ventilsitz und Einführen des Betätigungselements in die Führung. Auf diese Weise kann ein Prägen der Spitze des Betätigungselements während des Zusammenbaus vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter den Schritt von: Gießen des Betätigungselements mit der Kalotte. Die Kalotte wird also nicht beim Zusammenbau geprägt, sondern ist bereits nach dem Gießen des Betätigungselements vorhanden. Auch kann das Betätigungselement wenigstens einen Seitenkanal aufweisen, der während des Gießens geformt wird. Das Betätigungselement kann beispielsweise mittels MI M (metal injection moulding) geformt werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Druckregelventil gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Druckregelventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3A und 3B zeigen die Komponenten eines Ventilstifts für ein Druckregelventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in zwei perspektivischen Ansichten.
Fig. 4A zeigt eine Seitenansicht eines Betätigungselements für ein
Druckregelventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4B zeigt eine Schnittansicht des Betätigungselements der Fig. 4A.
Fig. 4C zeigt eine Frontansicht des Betätigungselements der Fig. 4A. Fig. 4D zeigt eine perspektivische Ansicht des Betätigungselements der Fig. 4A.
Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Druckregelventil 10, das einen mehrteiligen Druckstift bzw. Ventilstift 12 umfasst, der mittels Magnetkraft gegen einen Ventilsitz 14 gedrückt werden kann, um ein Fließen eines Fluids (wie etwa
Kraftstoff für ein Fahrzeug) von einer Eingangsöffnung 16 in eine Abströmöffnung 18 zu verhindern.
Der Ventilstift 12 weist einen Ankerstift 12a und ein Betätigungselement 12b auf, die hintereinander in einem mehrteiligen Gehäuse 20 angeordnet sind, von diesem in einer axialen Richtung A geführt werden und in axialer Richtung A axial fluchten. Der Ankerstift 12a hat dabei einen geringeren Durchmesser als das Betätigungselement 12b. Der Ankerstift 12a ist in einem ersten Gehäuseteil 20a und das
Betätigungselement 12b in einem zweiten Gehäuseteil 20b bzw. Ventilkörper 20b geführt, wobei der Ventilkörper 20a mit dem ersten Gehäuseteil 20a über eine Schraubverbindung 22 verbunden ist. Zwischen dem Gehäuseteil 20a und dem Ventilkörper 20b ist ein Dichtring 23 angeordnet.
Im ersten Gehäuseteil 20a befindet sich eine axiale Führungsöffnung 24 zur Führung des Ankerstifts 12a. Im zweiten Gehäuseteil 20b befindet sich eine axiale Führungsöffnung 26 zur Führung des Betätigungselements 12b. Die beiden Führungsöffnungen weisen jeweils den gleichen Innendurchmesser wie der entsprechende Außendurchmesser des Ankerstifts 12a bzw. des
Betätigungselements 12b auf. In dem Gehäuseteil 20a ist ein Aktuator 28 in Form einer den Ankerstift 12a umschließenden Spule 28 angeordnet, die bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, das auf eine Ankerplatte 30 wirkt, die an einem Ende des Ankerstifts 12a befestigt ist.
Die Ankerplatte 30 ist in einer Öffnung 32 im Gehäuse 20 angeordnet, die zwischen einem Ventildeckel 34 und dem Gehäuseteil 20a gebildet ist. Der Ventildeckel 34 ist dabei auf das Gehäuseteil 20a gesteckt. Zwischen dem Gehäuseteil 20a und dem Ventildeckel 34 ist ein weiterer Dichtring 36 angeordnet.
Der Ventildeckel 34 stellt dabei die axiale Abströmöffnung 18 bereit, die der axialen Eingangsöffnung 16 gegenüberliegt. Weiter weist der Ventildeckel 34 eine elektrische Schnittstelle 38 auf, in der elektrische Kontakte, wie etwa Steckerpins, zur Bestromung der Spule 28 angeordnet sind.
Der Ventilsitz 14 ist im Ventilkörper 20b beispielsweise in Form eines Kegelsitzes gebildet. Der Ventilsitz 14 befindet sich dabei in axialer Richtung A
gegenüberliegend einer Spitze 40 des Betätigungselements 12b, auf der sich eine Ventilkugel 42 befindet. Die Eingangsöffnung 16, die in den Ventilsitz 14 mündet und durch den Ventilkörper 20b in axialer Richtung A verläuft, ist mit einem becherförmigen Filter 44 überdeckt, der an dem Ventilkörper 20b befestigt ist.
Das Druckregelventil 10 kann mittels des Ventilkörpers 20b in einem Railrohr 46 eines Common- Rail-Systems befestigt werden, beispielsweise über eine
Verschraubung 48.
Zwischen dem Gehäuseteil 20a und dem Ventilkörper 20b ist eine
Einstellscheibe 50 angeordnet, mit der der Abstand zwischen der Ventilspitze 40 und dem Ventilsitz 14 in axialer Richtung eingestellt werden kann.
Auf den Ankerstift 12a ist eine Ankerstiftkappe 52 aufgesteckt, die an einem Ende 54 des Betätigungselements 12b abgesetzt ist. Ist das Druckregelventil 10 nicht bestromt, drückt eine Ventilfeder 56 die
Ankerplatte 30 zusammen mit dem Ankerstift 12a in axialer Richtung A vom Ventilsitz 14 weg. Durch den Druck des Fluids in der Eingangsöffnung 16 wird auch das Betätigungselement 12b mit der Ventilkugel 42 in diese Richtung bewegt.
In der Fig. 1 dienen der Ventilstift 12 wie seine Komponenten, der Ankerstift 12a, die Ankerstiftkappe 46 und das Betätigungselement 12b, nicht nur zur
Kraftübertragung, sondern auch zur Fluidleitung. Dazu ist der Ankerstift 12a hohl bzw. rohrförmig gebildet und weist in seinem Inneren einen Hohlkanal 58 auf. Das Betätigungselement 12b weist seitliche, axiale Kanäle 60 bzw. Rillen 60 auf. Die Ankerstiftkappe 46 ist dazu ausgeführt, einen Fluidstrom aus den
Seitenkanälen 48 in den Hohlkanal 47 des Ankerstifts 12a umzuleiten und weist dazu eine Durchströmöffnung 62 auf.
Bei geöffnetem Druckregelventil 10 kann nun Fluid in einem im wesentlichen axialen Fluidstrom aus der Eingangsöffnung 16 an der Ventilkugel 42 vorbei durch die Seitenkanäle 60 strömen, wird dann von der Ankerstiftkappe 46 in den Hohlkanal 58 des Ankerstifts 12a umgelenkt, um dort in Richtung der
Abströmöffnung 18 zu strömen.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Druckregelventils 10, bei dem das Betätigungselement 12b ein integral geformtes Dichtelement 42' aufweist. Da die Führungsöffnung 26 und der Ventilsitz 14 im selben Bauteil 20b angeordnet sind, ermöglicht dies eine viel präzisere Lage dieser beiden Bauteile
12b, 14 zueinander. Auf diese Weise kann das Dichtelement 42' bereits beim Herstellen des Betätigungselements 12b genau zentriert werden.
Weiter ist beim Druckregelventil 10 der Fig. 2 eine Feder 64 in der
Führungsöffnung 26 zwischen dem Ventilsitz 14 und dem Betätigungselement
12b angeordnet, die das Betätigungselement 12b in Richtung Ankerstift 12 schieben kann.
Die Ankerstiftplatte 52' der Fig. 2 weist keine Öffnungen auf, sondern verschließt das Ende des Ankerstifts 12a. Stattdessen weist der Ankerstift 12a seitliche Öffnungen 66 auf, durch die Fluid, das am Betätigungselement 12b
vorbeigeströmt ist, in den Hohlraum 58 im Ankerstift 12a strömen kann.
Bei der Fig. 2 ist der Außendurchmesser des Ankerstifts 12a größer als der Außendurchmesser des Betätigungselements.
Ansonsten kann das Druckregelventil der Fig. 2 genauso wie das der Fig. 1 aufgebaut sein.
Die Fig. 3A und 3B zeigen Komponenten des Ventilstifts 12 in zwei
perspektivischen Darstellungen. Das Betätigungselement 12b weist drei Seitenkanäle 60 auf, die in axialer Richtung A verlaufen. Jeder der Seitenkanäle 60 weist einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Im Bereich der Spitze 40 der Ventilnadel 12b weitet sich der Querschnitt der Seitenkanäle 60 derart auf, dass sie die Ventilkugel 42 berühren.
Die Umlenkkappe 52 ist mittels einer Nutverbindung 68 auf den Ankerstift 12a gesteckt. Die Umlenkkappe 52 und der Ankerstift 12a weisen den gleichen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Außendurchmesser der Ventilnadel 12b.
Die Fig. 4A bis 4D zeigen das Betätigungselement 12b aus verschiedenen Ansichten, wie es etwa auch in den Fig. 1 und 3A bzw. 3B gezeigt ist. Das Betätigungselement 12b aus der Fig. 2 kann bis auf das integrale Dichtelement 42' genauso wie das in den Fig. 4A bis 4D gezeigte Betätigungselement 12b aufgebaut sein.
Das Betätigungselement 12b weist einen zylindrischen Grundkörper auf, der an einem Ende in eine Spitze 40 mit einer Kalotte 70 übergeht, die zur Aufnahme einer Ventilkugel 42 dient. An einem gegenüberliegenden Ende weist es eine abgerundete Abstützfläche 54 für die Umlenkkappe 52, 52' auf.
Die Betätigungselement 12b weist drei Seitenkanäle 60 auf, die in axialer Richtung A verlaufen. Jeder der Seitenkanäle 60 weist einen
kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Im Bereich der Spitze 40 des Betätigungselements 12b weitet sich der Querschnitt der Seitenkanäle 60 derart auf, dass sie die Kalotte 70 berühren.
Aufgrund der guten Zentrierbarkeit durch die Führung 26 kann die Kalotte 70 im Betätigungselement 12b vorgefertigt sein. Ein aufwendiger Prägeprozess im montierten Zustand ist nicht mehr erforderlich. Da die Herstellung der Kalotte 70 nicht mehr unbedingt durch Prägung erfolgen muss, ist eine Erhöhung der Kalottentiefe möglich. Eine seitliche Schwingungsbewegung der Ventilkugel 42 bedingt durch die Instabilität der Strömung des Fluids kann somit effektiver vermieden werden. Folglich ist die Robustheit gegen die Entstehung störender Geräusche dann größer.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Härte des Betätigungselementes 12b unabhängig von der Tiefe der Kalotte 70 auszulegen. Das Betätigungselement 12b kann härter ausgelegt werden und somit robuster gegen Transport- und Handling-Beschädigungen sein.
Die Abstützfläche 54 ist auch eine Kalotte mit einer kugelförmigen Oberfläche mit Radius R. Der Radius R ist so ausgelegt, dass das Zentrum 72 der theoretischen Kugel identisch mit dem Zentrum der Kalotte 70 bzw. der Ventilkugel 42 ist. Somit wird gewährleistet, dass die Krafteinleitung vom Aktor 22 auf das
Betätigungselement 12b und vom Betätigungselement 12b auf die Ventilkugel 42 immer zentrisch ist, auch wenn das Betätigungselement 12b innerhalb des Spieles der Führung 26 leicht kippt.
Beim Öffnen und Schließen des Ventils 10 wird die Ventilkugel 42 über die Kalotte 70 vom Betätigungselement 12b mitgenommen. Speziell beim Schließen wird dank der guten Koaxialität zwischen der Führung 26 und dem Ventilsitz 14 gewährleistet, dass das Dichtelement 42 den Ventilsitz 14 zentrisch trifft. Somit wird vermieden, dass die Ventilkugel 42 mit deutlichen Reibungsverlusten entlang einer Seite des Ventilsitzes 14 rutschen muss und dass das
Betätigungselement 12b sich aufgrund der seitlichen Reaktionskräfte verkantet. Folglich steigt die Robustheit gegenüber einer Schließhysterese. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener
Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Ansprüche
1 . Druckregelventil (10), umfassend:
ein Gehäuse (20) mit einer Eingangsöffnung (16) und einer Abströmöffnung (18);
einen Ventilsitz (14) im Gehäuse (20) am Ende der Eingangsöffnung (16); einen im Gehäuse (20) geführten Ventilstift (12) mit einem
Betätigungselement (12b) zum Verschließen des Ventilsitzes (14);
ein Dichtelement (42, 42') an einem Ende des Betätigungselements (12b), das dazu ausgeführt ist, bei Bewegung des Ventilstifts (12) in dem Ventilsitz (14) abgesetzt zu werden, so dass ein Fluidstrom zwischen der
Eingangsöffnung (16) und der Abströmöffnung (18) unterbrochen wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betätigungselement (12b) in einer Führung (26) im Gehäuse (20) geführt ist und wenigstens einen Seitenkanal (60) aufweist, der dazu ausgeführt ist, Fluid von der Eingangsöffnung (16) durch die Führung (26) in Richtung der Abströmöffnung (18) zu leiten.
2. Druckregelventil (10) nach Anspruch 1 ,
wobei das Betätigungselement (12b) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Grundform aufweist und der wenigstens eine Seitenkanal (60) durch eine Aussparung in axialer Richtung (A) gebildet ist.
3. Druckregelventil (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Betätigungselement (12b) sich an einem Ende mit dem
Dichtelement (42, 42') konisch zu einer Spitze (40) verjüngt, an der das Dichtelement vorgesehen ist.
4. Druckregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Dichtelement (42) eine vom Betätigungselement (12b) getrennte Ventilkugel umfasst. Druckregelventil (10) nach Anspruch 4,
wobei die Ventilkugel (42) in einer Kalotte (70) an einer Spitze (40) des Betätigungselements (12b) abgesetzt ist.
Druckregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilstift (12) einen Ankerstift umfasst (12a), der auf dem
Betätigungselement (12b) abgestützt ist.
Druckregelventil nach Anspruch 6,
wobei das Betätigungselement (12b) einen größeren Durchmesser aufweist als der Ankerstift (12a).
Druckregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Betätigungselement an einem Ende, das dem Dichtelement (42, 42') gegenüberliegt, eine Abstützfläche (54) in der Form einer Kalotte aufweist;
wobei sich ein Zentrum (72) der Kalotte innerhalb des Dichtelements (42, 42') befindet.
Verfahren zum Zusammenbau eines Druckregelventils (10), das Verfahren umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Gehäuses (20) für das Druckregelventil (10) mit einer Führung (26) für ein Betätigungselement (12b) eines Ventilstifts (12) und mit einem Ventilsitz (14) zum Absetzen einer Ventilkugel (42);
Bereitstellen des Betätigungselements (12b) mit einer Kalotte (70) an einem Ende zur Aufnahme der Ventilkugel (42), wobei die Kalotte (70) vor einem Zusammenbau des Gehäuses (20) und des Betätigungselements (12b) in dem Betätigungselement geformt wird;
Zusammenbau des Gehäuses (20), des Betätigungselements (12b) und der Ventilkugel (42) durch Positionieren der Ventilkugel auf dem Ventilsitz (14) und Einführen des Betätigungselements (12b) in die Führung (26).
0. Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend den Schritt:
Gießen des Betätigungselements (12b) mit der Kalotte.
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