EP3014110B1 - Druckregelventil mit umlenkkappe - Google Patents

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EP3014110B1
EP3014110B1 EP14720618.9A EP14720618A EP3014110B1 EP 3014110 B1 EP3014110 B1 EP 3014110B1 EP 14720618 A EP14720618 A EP 14720618A EP 3014110 B1 EP3014110 B1 EP 3014110B1
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EP
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valve
pin
pressure regulating
regulating valve
needle
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EP14720618.9A
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EP3014110A1 (de
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Dietmar Uhlmann
Alexander Wernau
Vittorio Caroli
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
    • F02M63/025—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure from the common rail
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0043—Two-way valves
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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

Definitions

  • the invention relates to a pressure control valve, which is used for example in a fuel supply system of a vehicle.
  • 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 control valve typically includes an actuator in the form of a solenoid that can move a valve pin in a valve pin bore and that holds a valve member, such as a valve ball, in a valve seat by the magnetic force to close the pressure control valve ,
  • a pressure control valve is out of DE 10 2010 043 092 A1 known.
  • WO 2004/083695 A1 a pressure relief valve is known in which the valve piston has a plurality of side channels.
  • a pressure regulating valve can have an axial inlet opening and an outlet opening, through which a fluid can enter the pressure regulating valve and leave it again.
  • the outflow opening can be connected via the valve pin space with the inlet opening, which can lead to a relatively complicated geometry for the connection between the inlet opening and outlet opening. This can lead to turbulence and friction losses in the fluid.
  • the invention relates to a pressure control valve, which can be installed, for example, in the housing of a high pressure pump of a common rail injection system.
  • the pressure regulating valve comprises a housing with an inlet opening and an outlet opening; a valve pin guided in the housing; a valve member (eg, a valve ball) at one end of the valve pin adapted to close a valve seat upon movement of the valve pin so that fluid flow between the input port and the discharge port is interrupted.
  • the valve pin is divided into an anchor pin and a valve needle, wherein the anchor pin has a hollow channel and the valve needle at least one side channel, so that when the pressure control valve is open, the fluid flow from the input port through the side channel into the hollow channel and from there into the discharge port.
  • the one or more side channels may be, for example, longitudinal grooves.
  • the pressure regulating valve comprises an actuator for moving the valve pin, which is designed to exert a force on the anchor pin.
  • the actuator may, for example, be a coil or an electromagnet which can move the anchor pin in the direction of the valve seat by means of a valve armature.
  • the valve needle can be supported on the anchor pin (for example via an intermediate element or a cap on the anchor pin) and be moved by it.
  • valve needle 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 valve needle has at least three axial side channels. The side channels or longitudinal grooves can be arranged symmetrically to a central axis of the valve needle.
  • the anchor pin is guided in a first housing part and the valve needle in a second housing part.
  • the two housing parts can be plugged into each other.
  • the second housing part embrace the first.
  • the function of guiding the valve needle and the function of the valve body in a single component (the second housing part) can be summarized.
  • a shim for adjusting the distance of the valve tip from the valve seat may be arranged.
  • the pressure regulating valve comprises a deflecting cap or anchor pin cap for the fluid flow, which is arranged between the anchor pin and the valve needle.
  • the deflection cap can thereby lead the outflow of the fluid as lossless as possible from the outside (ie from the side channels) inwards (ie to the hollow channel).
  • the deflection cap ensures the transmission of the axial force between the anchor pin and the valve needle.
  • the deflection cap can, as an interface between anchor pin and valve needle, on the one hand enable a transmission of the magnetic force in the axial direction onto the valve ball.
  • the deflection cap allow the pressure loss-minimized axial Nieder Kunststoffabströmung of the outer side channels of the valve needle inwardly into the tubular anchoring needle.
  • the deflection cap is attached to the anchor pin and supported on the valve needle.
  • the deflecting cap can be placed on the front side of the anchoring needle and / or can be pressed onto the valve needle.
  • the Umlenkkappe may have a plate-shaped projection, with which it is supported on an end face of the valve needle.
  • the deflection cap is fastened by means of a groove connection to the anchor pin.
  • the deflecting cap can be fastened with a circumferential groove on the anchor pin.
  • the deflecting cap and the anchor pin may have the same outer diameter, so that the deflecting cap can be guided together with the anchor pin in the first housing part.
  • the deflection cap on an annular outer wall, the interior of which is divided by radial webs in at least two passage openings.
  • the deflection cap can have five webs and thus five through-openings.
  • the webs or passage openings can be arranged symmetrically to a central axis of the deflection cap.
  • the passage openings extend obliquely to an axial direction. In this way, the axial flow can be deflected by the one or more side channels of the valve needle in the axial flow in the hollow channel.
  • a projection between the passage openings can be provided on an input side in the middle, on which the Umlenkkappe can be supported.
  • the webs have a teardrop-shaped cross-section in the axial direction. This too can reduce friction losses in the fluid flow.
  • the deflection cap is formed with a two-part pressing tool.
  • the deflection cap in MIM technology MIM: Metal Injection Molding
  • the deflection cap can be designed so that it is demoldable with only two axially movable tools.
  • Fig. 1 12 shows a longitudinal section through a pressure regulating valve 10 which comprises a multi-part pressure pin 12 which can be pressed by magnetic force against a valve seat 14 to allow fluid (such as fuel for a vehicle) to flow from an inlet opening 16 into an outlet opening 18 to prevent.
  • fluid such as fuel for a vehicle
  • the valve pin 12 has a first valve pin part 12a and an anchor pin 12a and a second valve pin part 12b and a valve needle 12b, which are arranged one behind the other in a multi-part housing 20, are guided by this in an axial direction A and axially in the axial direction A. aligned.
  • the anchor pin 12a is guided in a first housing part 20a and the valve needle 12b in a second housing part 20b or valve body 20b, wherein the valve body 20a is attached to the first housing part 20a.
  • an actuator 22 in the form of the armature needle 12a enclosing coil 22 is arranged, which generates a magnetic field when energized, which acts on an armature plate 24 which is attached to one end of the armature needle 12a and substantially orthogonal to the axial direction A.
  • the anchoring needle 12a is arranged.
  • the anchor plate 24 is disposed in an opening 26 in the housing 20, which is closed by a valve cover 28 which is inserted into the opening 26.
  • the valve cover 28 provides the axial outflow opening 18, which is opposite to the axial inlet opening 16.
  • the valve cover 28 has an electrical interface 32, in which electrical contacts 34, such as plug pins, for energizing the coil 22 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 opposite a tip 38 of the valve needle 12b, on which a valve ball 36 is located.
  • the inlet opening 16, which opens into the valve seat 14 and extends through the valve body 20b in the axial direction A, is covered with a cup-shaped filter 40 which is fixed to the valve body 20b.
  • the pressure regulating valve 10 can be fastened by means of the valve body 20b in a rail tube 44 of a common rail system.
  • a shim 42 is arranged, with which the distance between the valve tip 38 and the valve seat 14 can be adjusted in the axial direction.
  • the Fig. 2 shows a part of the Fig. 1 increased.
  • a deflection cap 46 is attached, which is discontinued at one end of the valve needle 12b.
  • valve spring 46 see Fig. 1
  • the armature plate 24 together with the anchor pin 12a in the axial direction A from the valve seat 14 away.
  • the valve needle 12b with the valve ball 36 is also moved in this direction so that it remains deposited on the deflection cap 46.
  • the anchor pin 12a is hollow or tubular and has a hollow channel 47 in its interior.
  • the valve needle 12b has lateral, axial channels 48 or grooves 48.
  • the deflection cap 46 is designed to divert a fluid flow from the side channels 48 into the hollow channel 47 of the anchor pin 12a.
  • fluid can now flow in a substantially axial fluid flow 50 out of the inlet opening 16 past the valve ball 36, through the side channels 48, is then deflected by the deflection cap 46 into the hollow channel 47 of the anchor pin 12a, in the direction of the outflow opening 18 to stream.
  • the armature plate 24 and the armature pin 12a are moved toward the valve seat 14 in the axial direction A by the coil 22 attracting the armature plate 24 and thus exerting a force on the valve seat 22.
  • the force exerted by the valve ball 38 on the valve seat 14 force is greater than that caused by the pressure of the fluid in the input port 16 counterforce, the valve 10 remains closed.
  • FIGS. 3A and 3B show the components of the valve pin 12 in two perspective views.
  • the valve needle 12b has three side channels 48 which extend in the axial direction A.
  • Each of the side channels 48 has a circular segment-shaped cross section.
  • the cross section of the side channels 48 widens in such a way that they touch the valve ball 46.
  • the Umlenkkappe 46 is inserted by means of a groove connection 52 on the anchor pin 12a.
  • the deflection cap 46 and the anchor pin 12a have the same outer diameter, which is smaller than the outer diameter of the valve needle 12b.
  • the deflection cap 46 is shown in different views.
  • the Umlenkkappe 46 has an annular outer wall 54 with outer diameter D 1 (for example, 5 mm), the upper end (ie closer to the anchor pin 12a) has a large inner diameter D 2 (for example, 4 mm) and further inside a smaller inner diameter D 3 (for example, 3 mm), which correspond to the outer and inner diameter of the anchor pin 12.
  • the diameter D 2 with height h 4 (for example, 1 mm) allows the centering of the anchor pin 12 a to the valve needle 12 b.
  • the heights of the deflection cap 46 in the axial direction A are h 1 (for example 2.8 mm), h 2 (for example 0.4 mm), h 3 (for example 0.4 mm), h 4 (for example 1 mm) and h 5 ( for example, 0.7 mm).
  • the interior of the deflection cap 46 is subdivided by radial webs 56 into five passage openings 58. At the diameter D 5 (for example, 0.3 mm), the five webs 56 converge in the circumferential direction.
  • the passage openings 58 are formed for the fluid, which extend obliquely to an axial direction A.
  • the fluid is conducted from radially outside to radially inside.
  • the connection of the webs 56 to the outer cylindrical wall 54 of the Umlenkkappe 46 takes place.
  • the radii of curvature R 3 are selected, for example, to 0.1 mm.
  • the webs 58 are at an angle ⁇ 1 of 72 ° to each other.
  • the web width s 1 (for example, 50 microns) at the top of the webs 58 is correspondingly small to minimize the flow losses.
  • the five exit cross sections 62 result in a total area of 6.4 mm 2 and correspond almost to the area of 7 mm 2 at the inner diameter D 3 , which leads to a minimal difference in area to the inner diameter of the anchor pin 12 a.
  • the five inlet cross sections 60 result in a total area of 11 mm 2 .
  • the Figs. 7A to 8B show a segment of the Umlenkkappe 46, which in the Fig. 5A is indicated by the angle ⁇ 1 .
  • the Figs. 7A and 7B thus show a cross section through a web 58 along the line AA in Fig. 5A ,
  • the Figs. 9A and 9B show a tool for a MIM technique. Due to the selected shape of the deflection cap 46, the deflection cap 46 can be demoulded with only two axially movable tool halves 60a, 60b. The lower mold half 60a, as indicated by the arrows, downwardly and the upper mold half 60b upwardly demolded.
  • the Fig. 8B shows the tool parting surfaces 62 formed by the surfaces 64 of the lower tool half 60a and by the surfaces 66 of the upper tool half 60b.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, das beispielsweise in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Fahrzeugs zum Einsatz kommt.
    • 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 Ventilelement, wie etwa eine Ventilkugel, durch die Magnetkraft in einem Ventilsitz hält, um das Druckregelventil zu schließen. Ein solches Druckregelventil ist aus der DE 10 2010 043 092 A1 bekannt. Aus WO 2004/083695 A1 ist zudem ein Druckbegrenzungsventil bekannt, bei dem der Ventilkolben mehrere Seitenkanäle aufweist. Ein Druckregelventil kann dabei eine axiale Eingangsöffnung und eine Abströmöffnung aufweisen, durch die ein Fluid in das Druckregelventil eintreten und dieses wieder verlassen kann. Die Abströmöffnung kann dabei über den Ventilstiftraum mit der Eingangsöffnung verbunden sein, was zu einer relativ komplizierten Geometrie für die Verbindung zwischen Eingangsöffnung und Abströmöffnung führen kann. Dies kann zu Verwirbelungen und zu Reibungsverlusten in dem Fluid führen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein flexibles, kostengünstiges bzw. verlustarmes Druckregelventil bereitzustellen.
    Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
    Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, das beispielsweise in das Gehäuse einer Hochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems verbaubar ist.
  • Gemäß der Erfindung umfasst das Druckregelventil ein Gehäuse mit einer Eingangsöffnung und einer Abströmöffnung; einen im Gehäuse geführten Ventilstift; ein Ventilelement (beispielsweise eine Ventilkugel) an einem Ende des Ventilstifts, das dazu ausgeführt ist, einen Ventilsitz bei Bewegung des Ventilstifts zu verschließen, so dass ein Fluidstrom zwischen der Eingangsöffnung und der Abströmöffnung unterbrochen wird. Der Ventilstift ist in einen Ankerstift und eine Ventilnadel unterteilt, wobei der Ankerstift einen Hohlkanal und die Ventilnadel wenigstens einen Seitenkanal aufweist, so dass bei geöffnetem Druckregelventil der Fluidstrom von der Eingangsöffnung durch den Seitenkanal in den Hohlkanal und von dort in die Abströmöffnung geführt wird.
    Der oder die Seitenkanäle können beispielsweise Längsnuten sein. Auf diese Weise kann die Abströmung des Fluids zum Niederdruckbereich axial an dem Ventilelement vorbei über Längsnuten erfolgen, die außen in die Ventilnadel eingebracht sind. Der Ankerstift kann kostengünstig als Rohr ausgeführt sein.
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Druckregelventil einen Aktuator zum Bewegen des Ventilstifts, der dazu ausgeführt ist, auf den Ankerstift eine Kraft auszuüben. Der Aktuator kann beispielsweise eine Spule bzw. ein Elektromagnet sein, die bzw. der den Ankerstift mittels eines Ventilankers in Richtung des Ventilsitzes bewegen kann. Die Ventilnadel 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 Ventilelement (beispielsweise eine Ventilkugel) nicht auf dem Ventilsitz (beispielsweise eine kegelförmige Öffnung), 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 weist die Ventilnadel 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 die Ventilnadel wenigstens drei axiale Seitenkanäle auf. Die Seitenkanäle bzw. Längsnuten können dabei symmetrisch zu einer Mittelachse der Ventilnadel angeordnet sein.
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ankerstift in einem ersten Gehäuseteil und die Ventilnadel in einem zweiten Gehäuseteil geführt. Die beiden Gehäuseteile können dabei ineinandergesteckt sein. Beispielsweise kann das zweite Gehäuseteil das erste umgreifen. Auf diese Weise kann die Funktion der Führung der Ventilnadel sowie die Funktion des Ventilkörpers in einem einzigen Bauteil (dem zweiten Gehäuseteil) zusammengefasst werden. Zwischen den beiden Gehäuseteilen kann eine Einstellscheibe zum Einstellen des Abstands der Ventilspitze vom Ventilsitz angeordnet sein.
  • Gemäß der Erfindung umfasst das Druckregelventil eine Umlenkkappe bzw. Ankerstiftkappe für den Fluidstrom, die zwischen dem Ankerstift und der Ventilnadel angeordnet ist. Die Umlenkkappe kann dabei die Abströmung des Fluids möglichst verlustfrei von außen (d.h. von den Seitenkanälen) nach innen (d.h. zu dem Hohlkanal) führen. Gleichzeitig gewährleistet die Umlenkkappe die Übertragung der Axialkraft zwischen dem Ankerstift und der Ventilnadel.
    Die Umlenkkappe kann als Schnittstelle zwischen Ankerstift und Ventilnadel einerseits eine Übertragung der Magnetkraft in axialer Richtung auf die Ventilkugel ermöglichen. Anderseits kann die Umlenkkappe die druckverlustminimierte axiale Niederdruckabströmung von den außen liegenden Seitenkanälen der Ventilnadel nach innen in die rohrförmige Ankernadel ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umlenkkappe am Ankerstift befestigt und an der Ventilnadel abgestützt. Die Umlenkkappe kann stirnseitig auf die Ankernadel aufgesetzt sein und/oder kann auf die Ventilnadel aufdrückt sein. Die Umlenkkappe kann einen tellerförmigen Vorsprung aufweisen, mit dem sie auf einer Stirnseite der Ventilnadel abgestützt ist.
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Umlenkkappe mittels einer Nutverbindung an dem Ankerstift befestigt. Beispielsweise kann die Umlenkkappe mit einer umlaufenden Nut am Ankerstift befestigt sein. Die Umlenkkappe und der Ankerstift können den gleichen Außendurchmesser aufweisen, so dass die Umlenkkappe zusammen mit dem Ankerstift im ersten Gehäuseteil geführt werden kann.
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Umlenkkappe eine ringförmige Außenwandung auf, deren Inneres von radialen Stegen in wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen unterteilt ist. Beispielsweise kann die Umlenkkappe fünf Stege und somit fünf Durchtrittsöffnungen aufweisen. Die Stege bzw. Durchtrittsöffnungen können symmetrisch zu einer Mittelachse der Umlenkkappe angeordnet sein.
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Durchtrittsöffnungen schräg zu einer axialen Richtung. Auf diese Weise kann der axiale Strom durch den oder die Seitenkanäle der Ventilnadel in den axialen Strom im Hohlkanal umgelenkt werden. Dabei kann auf einer Eingangsseite in der Mitte ein Vorsprung zwischen den Durchtrittsöffnungen vorgesehen werden, auf dem die Umlenkkappe abgestützt werden kann.
    Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Stege einen tropfenförmigen Querschnitt in axialer Richtung auf. Auch dies kann Reibungsverluste in der Fluidströmung vermindern. Die Umlenkkappe ist mit einem zweiteiligen Presswerkzeug geformt. Beispielsweise kann die Umlenkkappe in MIM-Technik (MIM: Metal Injection Molding) gefertigt werden. Die Umlenkkappe kann so ausgeführt sein, dass sie mit lediglich zwei in Axialrichtung verschiebbaren Werkzeugen entformbar ist.
    • 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 Ausschnitt aus der Fig. 2 vergrößert.
    • Fig. 3A und 3B zeigen die Komponenten eines Ventilstifts für ein Druckregelventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in zwei perspektivischen Ansichten.
    • Fig. 4A zeigt einen Längsschnitt durch eine Umlenkkappe für ein Druckregelventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 4B und 4C zeigen zwei perspektivische Schnittansichten der Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
    • Fig. 5A zeigt eine Draufsicht auf die Umlenkkappe aus Fig. 4A.
    • Fig. 5B zeigt eine perspektivische Ansicht von oben auf die Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
    • Fig. 6A zeigt eine Ansicht von unten auf die Umlenkkappe aus Fig. 4A.
    • Fig. 6B zeigt eine perspektivische Ansicht von unten auf die Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
    • Fig. 7A und 7B zeigen Schnittansichten eines Segments der Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
    • Fig. 8A zeigt eine Seitenansicht eines Segments der Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
    • Fig. 8B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments der Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
    • Fig. 9A und 9B zeigen perspektivische Ansichten von Segmenten eines Werkzeugs zur Herstellung der Umlenkkappe aus der Fig. 4A.
  • Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 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 ersten Ventilstiftteil 12a bzw. einen Ankerstift 12a und einen zweiten Ventilstiftteil 12b bzw. eine Ventilnadel 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 ist in einem ersten Gehäuseteil 20a und die Ventilnadel 12b in einem zweiten Gehäuseteil 20b bzw. Ventilkörper 20b geführt, wobei der Ventilkörper 20a auf das erste Gehäuseteil 20a aufgesteckt ist.
  • In dem Gehäuseteil 20a ist ein Aktuator 22 in Form einer die Ankernadel 12a umschließenden Spule 22 angeordnet, die bei Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, das auf eine Ankerplatte 24 wirkt, die an einem Ende der Ankernadel 12a befestigt ist und im Wesentlichen orthogonal zur axialen Richtung A der Ankernadel 12a angeordnet ist.
  • Die Ankerplatte 24 ist in einer Öffnung 26 im Gehäuse 20 angeordnet, die von einem Ventildeckel 28 verschlossen ist, der in die Öffnung 26 eingefügt ist. Der Ventildeckel 28 stellt dabei die axiale Abströmöffnung 18 bereit, die der axialen Eingangsöffnung 16 gegenüberliegt. Weiter weist der Ventildeckel 28 eine elektrische Schnittstelle 32 auf, in der elektrische Kontakte 34, wie etwa Steckerpins, zur Bestromung der Spule 22 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 38 der Ventilnadel 12b, auf der sich eine Ventilkugel 36 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 40 überdeckt, der an dem Ventilkörper 20b befestigt ist.
  • Das Druckregelventil 10 kann mittels des Ventilkörpers 20b in einem Railrohr 44 eines Common-Rail-Systems befestigt werden.
  • Zwischen dem ersten Gehäuseteil 20a und dem zweiten Gehäuseteil 20b bzw. dem Ventilkörper 20b ist eine Einstellscheibe 42 angeordnet, mit der der Abstand zwischen der Ventilspitze 38 und dem Ventilsitz 14 in axialer Richtung eingestellt werden kann.
  • Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 1 vergrößert.
  • Auf den Ankerstift 12a ist eine Umlenkkappe 46 aufgesteckt, die an einem Ende der Ventilnadel 12b abgesetzt ist.
  • Ist das Druckregelventil 10 nicht bestromt, drückt eine Ventilfeder 46 (siehe Fig. 1) die Ankerplatte 24 zusammen mit dem Ankerstift 12a in axialer Richtung A vom Ventilsitz 14 weg. Durch den Druck des Fluids in der Eingangsöffnung 16 werden auch die Ventilnadel 12b mit der Ventilkugel 36 in diese Richtung bewegt, so dass sie auf der Umlenkkappe 46 abgesetzt bleiben.
  • Der Ventilstift 12 wie auch seine Komponenten, der Ankerstift 12a, die Umlenkkappe 46 und die Ventilnadel 12b, dienen nicht nur zur Kraftübertragung, sondern auch zur Fluidleitung. Dazu ist der Ankerstift 12a hohl bzw. rohrförmig gebildet und weist in seinem Inneren einen Hohlkanal 47 auf. Die Ventilnadel 12b weist seitliche, axiale Kanäle 48 bzw. Rillen 48 auf. Die Umlenkkappe 46 ist dazu ausgeführt, einen Fluidstrom aus den Seitenkanälen 48 in den Hohlkanal 47 des Ankerstifts 12a umzuleiten.
  • Bei geöffnetem Druckregelventil 10 kann nun Fluid in einem im Wesentlichen axialen Fluidstrom 50 aus der Eingangsöffnung 16 an der Ventilkugel 36 vorbei durch die Seitenkanäle 48 strömen, wird dann von der Umlenkkappe 46 in den Hohlkanal 47 des Ankerstifts 12a umgelenkt, um dort in Richtung der Abströmöffnung 18 zu strömen.
  • Wird das Druckregelventil 10 bestromt, wird die Ankerplatte 24 und der Ankerstift 12a in axialer Richtung A auf den Ventilsitz 14 zu bewegt, indem die Spule 22 die Ankerplatte 24 anzieht und somit eine Kraft auf den Ventilsitz 22 ausübt. Solange die von der Ventilkugel 38 auf den Ventilsitz 14 ausgeübte Kraft größer ist als die durch den Druck des Fluids in der Eingangsöffnung 16 verursachte Gegenkraft, bleibt das Ventil 10 geschlossen.
  • Die Fig. 3A und 3B zeigen die Komponenten des Ventilstifts 12 in zwei perspektivischen Darstellungen. Die Ventilnadel 12b weist drei Seitenkanäle 48 auf, die in axialer Richtung A verlaufen. Jeder der Seitenkanäle 48 weist einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Im Bereich der Spitze 38 der Ventilnadel 12b weitet sich der Querschnitt der Seitenkanäle 48 derart auf, dass sie die Ventilkugel 46 berühren.
  • Die Umlenkkappe 46 ist mittels einer Nutverbindung 52 auf den Ankerstift 12a gesteckt. Die Umlenkkappe 46 und der Ankerstift 12a weisen den gleichen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Außendurchmesser der Ventilnadel 12b.
  • In den Fig. 4A bis 5B ist die Umlenkkappe 46 in verschiedenen Ansichten gezeigt.
  • Die Umlenkkappe 46 weist eine ringförmige Außenwandung 54 mit Außendurchmesser D1 (beispielsweise 5 mm) auf, deren oberes Ende (d.h. näher am Ankerstift 12a) einen großen Innendurchmesser D2 (beispielsweise 4 mm) und weiter innen einen kleineren Innendurchmesser D3 (beispielsweise 3 mm) aufweist, die dabei dem Außen- und Innendurchmesser des Ankerstifts 12 entsprechen. Der Durchmesser D2 mit Höhe h4 (beispielsweise 1 mm) ermöglicht die Zentrierung des Ankerstifts 12a zur Ventilnadel 12b. Am unteren Ende (d.h. näher an der Ventilnadel 12b) liegt ein zylindrischer Absatz 55 mit Durchmesser D4 (beispielsweise 2 mm). Die Höhen der Umlenkkappe 46 in Axialrichtung A sind h1 (beispielsweise 2,8 mm), h2 (beispielsweise 0,4 mm), h3 (beispielsweise 0,4 mm), h4 (beispielsweise 1 mm) und h5 (beispielsweise 0,7 mm).
  • Das Innere der Umlenkkappe 46 ist von radialen Stegen 56 in fünf Durchtrittsöffnungen 58 unterteilt. Bei dem Durchmesser D5 (beispielsweise 0,3 mm) laufen die fünf Stege 56 in Umfangsrichtung zusammen.
  • Zwischen den Stegen 56 sind die Durchtrittsöffnungen 58 für das Fluid gebildet, die schräg zu einer axialen Richtung A verlaufen. Mittels der beiden Abströmwinkel α1 (beispielsweise 30°) und β1 (beispielsweise 30°) wird das Fluid von radial außen nach radial innen geleitet.
  • Wie aus den Fig. 5A und 6A hervorgeht, stellt jede der Durchtrittsöffnungen 58 an der Eingangsseite eine erste Durchflussfläche 60 bzw. einen Eintrittsquerschnitt 60 und an der Abströmseite eine zweite Durchflussfläche 62 bzw. einen Austrittsquerschnitt 62 bereit, die zur Vermeidung eines Druckgefälles möglichst gleich sind. Über die Radien R1 und R2 (beispielsweise 0,5 mm) erfolgt die Anbindung der Stege 56 an die äußere zylindrische Wandung 54 der Umlenkkappe 46. Die Verrundungsradien R3 sind beispielsweise zu 0,1 mm gewählt. Die Stege 58 stehen in einem Winkel γ1 von 72° zueinander.
  • Die Stegbreite s1 (beispielsweise 50 µm) an der Oberseite der Stege 58 ist zur Minimierung der Strömungsverluste entsprechend klein. Die fünf Austrittsquerschnitte 62 ergeben beispielsweise insgesamt eine Gesamtfläche von 6,4 mm2 und entsprechen nahezu der Fläche von 7 mm2 beim Innendurchmesser D3, was zu einem minimalen Flächenunterschied zum Innendurchmesser des Ankerstifts 12a führt. Die fünf Eintrittsquerschnitte 60 ergeben beispielsweise insgesamt eine Gesamtfläche von 11 mm2.
  • Die Fig. 7A bis 8B zeigen ein Segment aus der Umlenkkappe 46, das in der Fig. 5A mit dem Winkel δ1 angedeutet ist. Die Fig. 7A und 7B zeigen damit einen Querschnitt durch einen Steg 58 entlang der Line A-A in Fig. 5A. Die Stege 56 weisen einen tropfenförmigen Querschnitt in axialer Richtung (A) auf mit einem Konuswinkel von beispielsweise ε1=21,4° sowie einen Radius mit R4 (beispielsweise 0,35 mm).
  • Die Fig. 9A und 9B zeigen ein Werkzeug für eine MIM-Technik. Durch die gewählte Form der Umlenkkappe 46 kann die Umlenkkappe 46 mit nur zwei axial verfahrbaren Werkzeughälften 60a, 60b entformt werden. Die untere Werkzeughälfte 60a wird, wie durch die Pfeile angedeutet, nach unten und die obere Werkzeughälfte 60b nach oben entformt. Die Fig. 8B zeigt die Werkzeugtrennflächen 62, die durch die Flächen 64 der unteren Werkzeughälfte 60a und durch die Flächen 66 der oberen Werkzeughälfte 60b gebildet werden.
  • 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 (8)

  1. Druckregelventil (10), umfassend:
    ein Gehäuse (20) mit einer Eingangsöffnung (16) und einer Abströmöffnung (18);
    einen im Gehäuse (20) geführten Ventilstift (12);
    ein Ventilelement (36) an einem Ende des Ventilstifts (12), das dazu ausgeführt ist, einen Ventilsitz (14) bei Bewegung des Ventilstifts (12) zu verschließen, so dass ein Fluidstrom (50) zwischen der Eingangsöffnung (16) und der Abströmöffnung (18) unterbrochen wird;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ventilstift (12) in einen Ankerstift (12a) und eine Ventilnadel (12b) unterteilt ist, wobei der Ankerstift (12a) einen Hohlkanal (47) und die Ventilnadel (12b) wenigstens einen Seitenkanal (48) aufweist, so dass bei geöffnetem Druckregelventil (10) der Fluidstrom (50) von der Eingangsöffnung (16) durch den Seitenkanal (48) in den Hohlkanal (47) und von dort in die Abströmöffnung (18) geführt wird, wobei das Druckregelventil (10) eine Umlenkkappe (46) für den Fluidstrom (50) umfasst, die zwischen dem Ankerstift (12a) und der Ventilnadel (12b) angeordnet ist.
  2. Druckregelventil (10) nach Anspruch 1,
    wobei die Ventilnadel (12b) einen größeren Durchmesser aufweist als der Ankerstift (12a); und/oder
    wobei die Ventilnadel (12b) wenigstens drei axiale Seitenkanäle (48) aufweist.
  3. Druckregelventil (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Ankerstift (12a) in einem ersten Gehäuseteil (20a) und die Ventilnadel (12b) in einem zweiten Gehäuseteil (20b) geführt ist, die ineinandergesteckt sind.
  4. Druckregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Umlenkkappe (46) am Ankerstift (12a) befestigt und an der Ventilnadel (12b) abgestützt ist.
  5. Druckregelventil (10) nach Anspruch 4,
    wobei die Umlenkkappe (46) mittels einer Nutverbindung (52) an dem Ankerstift (12a) befestigt ist.
  6. Druckregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Umlenkkappe (46) eine ringförmige Außenwandung (54) aufweist, deren Inneres von radialen Stegen (56) in wenigstens zwei Durchtrittsöffnungen (58) unterteilt ist.
  7. Druckregelventil (10) nach Anspruch 6,
    wobei die Durchtrittsöffnungen (58) schräg zu einer axialen Richtung (A) verlaufen.
  8. Druckregelventil (10) nach Anspruch 6 oder 7,
    wobei die Stege (56) einen tropfenförmigen Querschnitt in axialer Richtung (A) aufweisen.
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