DE102004057873C5

DE102004057873C5 - poppet valve

Info

Publication number: DE102004057873C5
Application number: DE102004057873.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Zelano; Wolfgang Blaffert
Original assignee: Kendrion Villingen GmbH
Current assignee: Kendrion Villingen GmbH
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: DE10356645A1; DE202004021836U1; DE102004057873A1; DE102004057873B4

Abstract

Verwendung eines 2/2-Wege-Sitzventils (8) mit – einem Leitungssystem (90, 91) zum Hindurchleiten eines auf einer Zuflussseite zufließenden Mediums, – einem Sitz (2) und einem verstellbaren Schließelement (7) im Leitungssystem (90, 91) zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Medium und – einer Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) zum Verstellen des Schließelements (7), – wobei das Schließelement (7) auf der Zuflussseite des Sitzes (2) angeordnet ist und – das Schließelement (7) in unbetätigtem Zustand der Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) das Leitungssystem (90, 91) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass – ein proportionaler Volumenstrom dadurch unter geringer Abhängigkeit von dem Druck des einströmenden Mediums regelbar ist, dass der Magnet proportional gegen eine Feder (1) arbeitet und wobei – das Sitzventil diese Feder (1) zum Spannen des Schließelements (7) gegen den Sitz (2) aufweist, wobei diese Feder (1) das Schließelement (7) von der Zuflussseite aus gegen den Sitz drückt, – diese Feder (1) vorderseitig angeordnet ist, das heißt auf der Zuflussseite des Mediums, – ein Stellelement (60) der Stelleinrichtung (3, 5, 6) durch den Sitz (2) hindurch gegen das Schließelement (7) geführt ist und – das Sitzventil normal geschlossen ausgeführt ist und, – das Schließelement (7) kugelförmig ausgebildet ist, zur Volumenstromregelung bei Common-Rail Hochdruckpumpen.Use of a 2/2-way poppet valve (8) with - a line system (90, 91) for passing a medium flowing on an inflow side, - a seat (2) and an adjustable closing element (7) in the line system (90, 91) for at least partially closing and opening the conduit system for the medium and - an adjusting device (3, 5, 6, 60) for adjusting the closing element (7), - wherein the closing element (7) on the inflow side of the seat (2) is arranged and - the closing element (7) in the unactuated state of the adjusting device (3, 5, 6, 60) closes the line system (90, 91), characterized in that - a proportional volume flow is thereby controllable with little dependence on the pressure of the inflowing medium, that the magnet operates proportionally against a spring (1) and wherein - the poppet valve comprises this spring (1) for tensioning the closing element (7) against the seat (2), said spring (1) being the closing element t (7) presses against the seat from the inflow side, - this spring (1) is arranged on the front side, that is on the inflow side of the medium, - an adjusting element (60) of the setting device (3, 5, 6) through the seat ( 2) is guided against the closing element (7) and - the seat valve is designed normally closed and, - the closing element (7) is spherical, for flow control in common-rail high-pressure pumps.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Sitzventils mit einem Leitungssystem zum Hindurchleiten eines Mediums, welches auf einer Zuflussseite zufließt. Das Sitzventil weist im Leitungssystem einen Sitz und ein verstellbares Schließelement zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Medium auf. Eine Stelleinrichtung dient zum Verschließen des Schließelements, wobei die Stelleinrichtung üblicherweise eine Spule und einen Anker aufweist. Das Schließelement dient im unbetätigten Zustand der Stelleinrichtung zum Verschließen des Leitungssystems. Es handelt sich um einen konstruktiven Aufbau eines stromlos geschlossenen Sitzventils, das proportional einen Volumenstrom oder Druck steuern kann. Bei einer derartigen Ausführung eines Sitzventils arbeitet der Proportionalmagnet, welcher durch die Spulen- und Ankeranordnung ausgebildet wird, gegen den Druck an, dies beispielsweise bei einem Aufbau mit Düse und Prallplatte. Durch eine Druckfeder sind solche Sitzventile stromlos geschlossen.The invention relates to the use of a poppet valve with a conduit system for passing a medium, which flows on an inflow side. The seat valve has a seat in the piping system and an adjustable closing element for at least partially closing and opening the conduit system for the medium. An adjusting device serves to close the closing element, wherein the adjusting device usually has a coil and an armature. The closing element is used in the unactuated state of the adjusting device for closing the conduit system. It is a structural design of a normally closed seat valve that can control a proportional flow or pressure. In such a design of a poppet valve, the proportional magnet, which is formed by the coil and armature assembly, works against the pressure, for example, in a structure with nozzle and baffle plate. By a compression spring such poppet valves are normally closed.

Solche Sitzventile sind z. B. aus DE 103 08 482 A1 , DE 40 33 946 A1 und DE 44 30 509 A1 sowie aus der DE 44 39 695 A1 und der DE 195 47 877 A1 bekannt.Such seat valves are z. B. off DE 103 08 482 A1 . DE 40 33 946 A1 and DE 44 30 509 A1 as well as from the DE 44 39 695 A1 and the DE 195 47 877 A1 known.

Nachteilhaft bei solchen Sitzventilen kann der definierte Ventilöffnungsdruck sein, der durch die Druckfeder vorgegeben ist.A disadvantage of such seat valves may be the defined valve opening pressure, which is predetermined by the compression spring.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verwendung eines Sitzventils vorzuschlagen, welches druckunabhängig stromlos geschlossen ist.The object of the invention is to propose a use of a poppet valve which is normally closed pressure-independent.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of patent claim 1.

Das erfindungsgemäße Sitzventil wird in Hochdruckanwendungen zur Volumenstromregelung bei Hochdruckpumpen in Common-Rail-Systemen von Kraftfahrzeugen verwendet.The seat valve according to the invention is used in high-pressure applications for controlling the volume flow in high-pressure pumps in common-rail systems of motor vehicles.

Das erfindungsgemäße Sitzventil ist in seiner konstruktiven Ausgestaltung normal geschlossen.The seat valve according to the invention is normally closed in its structural design.

Bevorzugt wird demgemäss ein Sitzventil mit einem Leitungssystem zum Hindurchleiten eines auf einer Zuflussseite zufließenden Mediums, mit einem Sitz und einem verstellbaren Schließelement im Leitungssystem zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Mediums und mit einer Stelleinrichtung zum Verstellen des Schließelements, wobei das Schließelement im unbetätigten Zustand der Stelleinrichtung das Leitungssystem verschließt und wobei das Schließelement vorteilhafterweise auf der Zuflussseite des Sitzes angeordnet ist.Accordingly, a seat valve with a conduit system for passing a flowing on an inflow side medium, with a seat and an adjustable closing element in the conduit system for at least partially closing and opening the conduit system for the medium and with an adjusting device for adjusting the closing element, wherein the closing element in unactuated state of the adjusting device closes the line system and wherein the closing element is advantageously arranged on the inflow side of the seat.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem das Schließelement dimensioniert, ausgebildet und angeordnet ist, im verschließenden Zustand von einem Druck des Mediums gegen den Sitz drückbar zu sein.In particular, a seat valve in which the closing element is dimensioned, designed and arranged to be pressed in the closing state by a pressure of the medium against the seat is preferred.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil mit einem elastischen Element zum Spannen des Schließelements gegen den Sitz, wobei das elastische Element das Schließelement von der Zuflussseite aus gegen den Sitz drückt.In particular, a seat valve with an elastic element for tensioning the closing element against the seat is preferred, wherein the elastic element presses the closing element from the inflow side against the seat.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil mit zumindest einem elastischen Element zum Spannen der Stelleinrichtung entgegen einer Betätigungsrichtung zum Betätigen des Schließelements.In particular, a seat valve is preferred with at least one elastic element for tensioning the adjusting device against an actuating direction for actuating the closing element.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil mit dem elastischen Element zum Spannen des Schließelements gegen den Sitz und mit einem weiteren elastischen Element zum spannen der Stelleinrichtung entgegen der Betätigungsrichtung.In particular, a seat valve with the elastic element for tensioning the closing element against the seat and with a further elastic element for tensioning the adjusting device against the actuating direction is preferred.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, wobei die Stelleinrichtung am Schließelement der Zuflussseite gegenüberliegend angeordnet ist zum Betätigen des Schließelements entgegen der Zuflussrichtung.In particular, a seat valve is preferred, wherein the adjusting device is arranged opposite the closing element of the inflow side for actuating the closing element counter to the inflow direction.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem ein Stellelement der Stelleinrichtung durch den Sitz hindurch gegen das Schließelement geführt ist.In particular, a seat valve is preferred, in which an adjusting element of the adjusting device is guided through the seat against the closing element.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem die Stelleinrichtung einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Anker aufweist.In particular, a seat valve is preferred in which the adjusting device has an electromagnetic drive with an armature.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem in und entgegen einer Betätigungsrichtung des Ankers jeweils ein elastisches Element bzw. ein elastisches Ausgleichselement zum Vorspannen der Stelleinrichtung gegen das Schließelement angeordnet ist.In particular, a seat valve is preferred in which in each case an elastic element or an elastic compensating element for biasing the adjusting device is arranged against the closing element in and against an actuating direction of the armature.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem das bzw. die elastischen Elemente durch Federn ausgebildet sind.Particularly preferred is a seat valve in which the or the elastic elements are formed by springs.

Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem der Sitz längs einer Betätigungsachse der Stelleinrichtung angeordnet ist.In particular, a seat valve is preferred in which the seat is arranged along an actuating axis of the adjusting device.

Durch das Sitzventil wird eine konstruktive Ausgestaltung vorgeschlagen, bei der das Ventil druckunabhängig stromlos geschlossen ist. Dabei wird der Dichtsitz geschlossen, indem das Schließelement durch den Druck des Mediums oder einer Feder niedergehalten wird. In diesem Fall kann der Magnet der Stelleinrichtung keine proportionale Steuerung gegen den Druck des Mediums vornehmen, da eine Stromerhöhung ein sofortiges öffnen des Sitzes bewirken würden. Das proportionale Sitzventil ist entsprechend derart aufgebaut, dass der Magnet bzw. Elektromagnet arbeitet.Through the seat valve, a structural design is proposed in which the valve is closed normally independent of pressure. In this case, the sealing seat is closed by the closing element is held down by the pressure of the medium or a spring. In this case, the magnet of the actuator can not be proportional Control against the pressure of the medium, as an increase in current would cause an immediate opening of the seat. The proportional seat valve is constructed in such a way that the magnet or solenoid operates.

Die Konstruktion des Sitzventils ermöglicht vorteilhaft einen einfachen konstruktiven Aufbau, welcher fertigungstechnisch günstig gestaltet ist und dadurch leicht montiert werden kann. Insbesondere ergibt sich dadurch ein günstiger Herstellungspreis.The construction of the poppet valve advantageously allows a simple structural design, which is made favorable in terms of manufacturing technology and thus can be easily assembled. In particular, this results in a cheaper production price.

Das bevorzugte proportionale Sitzventil ist stromlos geschlossen. Das Schließelement befindet sich auf der Druckseite, wobei der Sitz geschlossen wird, indem der Druck des Mediums und/oder einer Feder das Schließelement gegen den Sitz abdichtet. Das proportionale Sitzventil basiert hinsichtlich der Wirkungsweise darauf, dass der Magnet gegen eine Feder arbeitet. Vorzugsweise ist der Magnetanker der Stelleinrichtung zwischen zwei Federn eingespannt, wobei anstelle beschriebener Schraubenfedern beispielsweise auch Membranfedern eingesetzt werden können. Ein Toleranzausgleich wird vorgenommen, bei dem der Ventilsitz auf der Betätigungsachse bzw. Spulenachse der Stelleinrichtung aufgesetzt ist.The preferred proportional seat valve is normally closed. The closing element is located on the pressure side, the seat being closed by the pressure of the medium and / or a spring sealing the closing element against the seat. The proportional seat valve is based on the effect that the magnet works against a spring. Preferably, the armature of the adjusting device is clamped between two springs, wherein instead of described coil springs, for example, diaphragm springs can be used. A tolerance compensation is made, in which the valve seat is placed on the actuating axis or coil axis of the adjusting device.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:An embodiment will be explained in more detail with reference to the drawing. It shows:

1 eine Schnittdarstellung eines bevorzugten Sitzventils. 1 a sectional view of a preferred seat valve.

Wie aus 1 ersichtlich, besteht ein bevorzugtes Sitzventil aus einer Vielzahl für sich bekannter Komponenten, welche nachfolgend zur Vereinfachung nicht beschrieben werden. In einem Gehäuse 0 ist eine elektromagnetische Stelleinrichtung 3, 5 angeordnet. Diese besteht aus einem Spulensystem mit zumindest einer Spule 3, welche ringförmig um einen Betätigungsraum angeordnet ist, in welchem ein Anker 5 in Richtung einer Spulenachse X verstellbar angeordnet ist.How out 1 it can be seen, a preferred seat valve consists of a plurality of known components, which will not be described below for simplicity. In a housing 0 is an electromagnetic actuator 3 . 5 arranged. This consists of a coil system with at least one coil 3 , which is arranged annularly around an actuating space in which an armature 5 is arranged adjustable in the direction of a coil axis X.

In vorderseitiger Richtung bzw. ventilseitiger Richtung des Ankers 5 ist das Gehäuse 0 durch ein Ventil verschlossen. Durch das Ventil 8 führt ein Leitungssystem mit einer Zuleitung 91 und einer Ableitung 90. Die Zuleitung 91 dient zum Zuführen eines auf einer entsprechenden Zuflussseite zufließenden Mediums. Die Ableitung 90 dient zum Ableiten des Mediums. Das Medium kann insbesondere flüssig, gasförmig oder fluid sein und steht auf der Zuflussseite üblicherweise, jedoch nicht zwingend unter einem Druck P. Zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems ist in dem Leitungssystem ein Sitz 2 als Ventilsitz bzw. Dichtsitz angeordnet. Zum vollständigen oder teilweisen Verschließen der Öffnung in dem Sitz 2 dient ein Schließelement 7, welches als Dichtelement bei der dargestellten Ausführungsform kugelförmig ausgebildet ist. Jedoch sind auch andere Formen des Dichtelements in für sich bekannter Art und Weise einsetzbar.In the front or valve-side direction of the anchor 5 is the case 0 closed by a valve. Through the valve 8th leads a piping system with a supply line 91 and a derivative 90 , The supply line 91 serves to supply a flowing on a corresponding inflow side medium. The derivative 90 serves to derive the medium. The medium may in particular be liquid, gaseous or fluid and is usually on the inflow side, but not necessarily under a pressure P. For at least partial closing and opening of the conduit system is in the conduit system a seat 2 arranged as a valve seat or sealing seat. For completely or partially closing the opening in the seat 2 serves a closing element 7 , which is designed spherical as a sealing element in the illustrated embodiment. However, other forms of the sealing element can be used in a manner known per se.

Der Sitz 2 ist dabei in Stellrichtung des Spulensystems bzw. des Ankers 5 angeordnet. Durch den Anker 5 wird längs der Betätigungs- bzw. Spulenachse X, welche entsprechend auch eine Verstell- und Ventilachse ausbildet, ein Stellelement 6 in Richtung des Sitzes 2 hin und her bewegt. Ein vorderer Abschnitt 60 des Stellelements 6 ragt dabei durch die Öffnung des Sitzes 2 zum Betätigen des Schließelements 7 hindurch. Die Dimension des vorderen Abschnittes 60 des Stellelements 6 ist dabei relativ zu der Öffnungsdimension des Sitzes 2 so bemessen, dass zwischen dem Umfang des vorderen Abschnitts 60 des Stellelements 6 und den Wandungen der Öffnung des Sitzes 2 das Medium im geöffneten Ventilzustand ausreichend hindurchströmen kann.The seat 2 is in the direction of the coil system and the armature 5 arranged. Through the anchor 5 is along the actuating or coil axis X, which also forms a corresponding adjusting and valve axis, an actuating element 6 in the direction of the seat 2 moved back and forth. A front section 60 of the actuating element 6 protrudes through the opening of the seat 2 for actuating the closing element 7 therethrough. The dimension of the front section 60 of the actuating element 6 is relative to the opening dimension of the seat 2 so dimensioned that between the perimeter of the front section 60 of the actuating element 6 and the walls of the opening of the seat 2 the medium can flow through sufficiently in the open valve state.

Zum Verschließen der Öffnung des Sitzes 2 wird das Schließelement 7 aus vorderseitiger Richtung, das heißt von der Zuflussseite des Mediums aus, gegen die Öffnung in den Sitz 2 gedrückt. Der Schließdruck kann dabei durch den Druck P des Mediums selber aufgebracht werden. Bevorzugt wird jedoch eine Anordnung, bei der das Schließelement 7 mittels eines elastischen Elements 1, beispielsweise einer Schraubenfeder, von der Zuflussseite aus gegen den Sitz 2 bzw. dessen Öffnung gedrückt wird. Im unbetätigten Zustand wird daher das Schließelement 7 durch den Druck P des Mediums und/oder durch die Kraft des elastischen Elements 1 gegen die Öffnung im Sitz 2 zum Verschließen des Ventils gedrückt. Im unbetätigten Zustand ragt der vordere Abschnitt 60 des Stellelements 6 entsprechend in Richtung der Zuflussseite nur so weit, dass das Schließelement 7 die Öffnung im Sitz 2 vollständig verschließen kann.To close the opening of the seat 2 becomes the closing element 7 from the front, that is from the inflow side of the medium, against the opening in the seat 2 pressed. The closing pressure can be applied by the pressure P of the medium itself. However, preference is given to an arrangement in which the closing element 7 by means of an elastic element 1 , For example, a coil spring, from the inflow side against the seat 2 or whose opening is pressed. In the unactuated state, therefore, the closing element 7 by the pressure P of the medium and / or by the force of the elastic element 1 against the opening in the seat 2 pressed to close the valve. In the unactuated state, the front section protrudes 60 of the actuating element 6 correspondingly in the direction of the inflow side only so far that the closing element 7 the opening in the seat 2 can completely close.

Zum teilweisen oder vollständigen Öffnen des Ventils für den Durchfluss des Mediums wird durch anlegen eines Stroms bzw. einer Spannung an die Spule 3 der Anker 5 längs der Spulenachse X in Richtung der Zuflussseite verstellt. Über den Anker 5 wird das Stellelement 6 mit dem vorderen Abschnitt 60 so weit verstellt, dass mittels des stirnseitigen Endes des vorderen Abschnitts 60 des Stellelements 6 des Schließelement 7 entgegen der dieses gegen den Sitz 2 drückenden Kraft verstellt wird, um die Öffnung in dem Sitz 2 für den Durchfluss des Mediums zu öffnen.To partially or completely open the valve for the flow of the medium by applying a current or a voltage to the coil 3 the anchor 5 adjusted along the coil axis X in the direction of the inflow side. About the anchor 5 becomes the control element 6 with the front section 60 so far adjusted that by means of the front end of the front section 60 of the actuating element 6 of the closing element 7 against this against the seat 2 pressing force is adjusted to the opening in the seat 2 to open for the flow of the medium.

Der Anker 5 ist im Gehäuse 0 bzw. relativ zu der Spule 3 elastisch eingespannt. Die Einspannung besteht dabei, aus einem ersten elastischen Ausgleichselement 41, insbesondere einer Schraubenfeder, welche den Anker 5 in Längsrichtung der Spulenachse X in Richtung des Ventils bzw. Sitzes 2 beaufschlagt (Kraftwirkung in Richtung der Magnetkraft). Ein weiteres elastisches Element 40 ist zwischen einer rückseitigen Wandung des Ventils 8 und der Vorderseite des Ankers 5 angeordnet und bewirkt eine elastische Gegenkraft in Gegenrichtung zum Rückstellen des Ankers 5 in unbetätigtem Zustand, so dass der Anker 5 in unbetätigtem Zustand zum Sitz 2 hin verstellt wird und dadurch der vordere Abschnitt 60 des Stellelements 6 soweit zurück gestellt wird, dass das Schließelement 7 die Öffnung im Sitz 2 verschließen kann.The anchor 5 is in the case 0 or relative to the coil 3 elastically clamped. The restraint consists of a first elastic compensation element 41 , in particular a coil spring which the anchor 5 in the longitudinal direction of the coil axis X in the direction of the valve or seat 2 acted upon (force in the direction of the magnetic force). Another elastic element 40 is between a back wall of the valve 8th and the front of the anchor 5 arranged and causes an elastic reaction force in the opposite direction to the return of the armature 5 in the unactuated state, leaving the anchor 5 in the unactuated state to the seat 2 is adjusted and thus the front section 60 of the actuating element 6 as far back put, that the closing element 7 the opening in the seat 2 can close.

Das weitere elastische Element 40 muss nicht zwingend zu einer vollständigen Rückstellung des Ankers 5 gegen die Kraft des elastischen Ausgleichselements 41 dimensioniert sein. Gegebenenfalls reicht auch eine Rückstellkraft durch Kombination der Kraft des weiteren elastischen Elements 40 und des vorderseitigen elastischen Elements 1 aus, um ein Verschließen der Öffnung im Sitz 2 durch das Schließelement 7 zu bewirken, wobei das vordere elastische Element 1 über das Schließelement 7 eine rückstellende Kraft auf den vorderseitigen Abschnitt 60 des Stellelements 6 ausübt. Über das gegenseitige Verspannen der Federelemente wird erreicht, dass die proportionale Volumenstromstellung bei Betätigung der Magnetkraft bei geringem Druckeinfluss erfolgen kann.The other elastic element 40 does not necessarily have to be a complete recovery of the anchor 5 against the force of the elastic compensating element 41 be dimensioned. Optionally, a restoring force is sufficient by combining the force of the further elastic element 40 and the front elastic member 1 off, to close the opening in the seat 2 through the closing element 7 to cause the front elastic element 1 over the closing element 7 a restoring force on the front portion 60 of the actuating element 6 exercises. About the mutual distortion of the spring elements is achieved that the proportional flow position can be done by pressing the magnetic force at low pressure influence.

Claims

Use of a 2/2-way seat valve ( 8th ) with - a line system ( 90 . 91 ) for passing a medium flowing on an inflow side, - a seat ( 2 ) and an adjustable closing element ( 7 ) in the pipe system ( 90 . 91 ) for at least partially closing and opening the conduit system for the medium and - an actuating device ( 3 . 5 . 6 . 60 ) for adjusting the closing element ( 7 ), - whereby the closing element ( 7 ) on the inflow side of the seat ( 2 ) is arranged and - the closing element ( 7 ) in the unactuated state of the actuator ( 3 . 5 . 6 . 60 ) the pipe system ( 90 . 91 ), characterized in that - a proportional flow rate is thereby controlled with little dependence on the pressure of the inflowing medium that the magnet is proportional to a spring ( 1 ) and where - the poppet valve this spring ( 1 ) for tensioning the closing element ( 7 ) against the seat ( 2 ), this spring ( 1 ) the closing element ( 7 ) pushes against the seat from the inflow side, - this spring ( 1 ) is arranged on the front side, that is, on the inflow side of the medium, - an actuating element ( 60 ) the actuator ( 3 . 5 . 6 ) through the seat ( 2 ) through against the closing element ( 7 ) is guided and - the seat valve is executed normally closed and, - the closing element ( 7 ) is designed spherical, for flow control in common-rail high-pressure pumps.