用于至少部分地闭锁和打开管路系统的座阀的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于至少部分地闭锁和打开管路系统(34)的座阀，具有：阀座(40)；管路系统(34)，包括用于将流体输入至阀座(40)的输入管路(36)和用于将流体从阀座(40)导出的导出管路(38)，其中，阀座(40)将管路系统(34)分成输入侧(52)和导出侧(54)；关闭元件(44)，所述关闭元件为了至少部分地闭锁和打开管路系统(34)而与阀座(40)共同作用，其中，关闭元件(44)设置在管路系统(34)的输入侧(52)；包括磁体单元(18)的调节设备(16)，用于使关闭元件(44)沿轴线(A)运动，其特征在于，阀座(40)由材料11SMn30、合金钢或陶瓷材料制成或包含这些材料。
【专利说明】
用于至少部分地闭锁和打开管路系统的座阀
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于至少部分地闭锁和打开管路系统的座阀，其具有:阀座；管路系统，包括用于将流体输入至阀座的输入管路和用于将流体从阀座导出的导出管路，其中，阀座将管路系统分成输入侧和导出侧；关闭元件，该关闭元件为了至少部分地闭锁和打开管路系统而与阀座共同作用，其中，关闭元件设置在管路系统的输入侧并且借助磁体单元沿轴线是可运动的；以及调节设备，用于使关闭元件沿轴线运动。
【背景技术】
[0002]这样的座阀例如由DE 103 08 482 AUDE 40 33 946 AUDE 44 30 509 Al 和 DE10 2004 057 873 Al已知。在DE 10 2004 057 873 Al中示出的座阀特别是适合于与压力无关地实施为无流地关闭并且优选在高压应用中使用，尤其是用于在高压栗中的体积流量调节，所述高压栗例如在机动车内燃机的共轨系统(Common-Rail-System)中使用，其中燃料在高压存储器中维持在高压力下并且然后通过共同的管路喷射到相应的缸体中。每个缸体都具有注射器，所述注射器在打开的状态中喷射燃料。在座阀的这样的实施方式中，磁体单元的比例磁体例如在具有喷嘴和挡板的构造中克服压力工作。但这样的座阀不仅仅具有打开的或关闭的位置，而是可以在很大程度上无级地调节流经阀座的体积流量的大小。但该座阀也可以在其他高压或低压环境中使用。虽然在DE 10 2004 057 873 Al中示出的座阀成功地投入使用，但是其具有部分复杂的构造。此外使用高质量的材料，其导致相对高的制造费用。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的目的在于，这样进一步改进在DE 10 2004 057 873 Al中示出的座阀，使得减少其构造的复杂性和制造费用。
[0004]按照本发明，阀座由材料llSMn30、合金钢或陶瓷材料构成或包含这些材料。一般可供使用的是，阀座由硬质材料制造。目前使用调质钢，例如Steeltec公司的ETG100。llSMn30是易切钢，该易切钢对于在自动机床上的切削制造方法、即车削和钻孔是最佳的。通过包含磷或硫的合金形成脆的包含物，在其上切肩可以断裂。因此，阀座可以以相对低成本的方式制造，因此制造费用通过按照本发明的材料选择而降低。然而，该材料提供对于所述使用情况足够的硬度。使用合金钢具有功能上的优点。合金钢具有大带钢宽度的材料特性。其可以是可良好切削加工的并且具有高的硬度并且因此也具有高的耐磨性。
[0005]陶瓷材料在自重小的同时提供高的硬度。
[0006]llSMn30具有材料号1.0715并且具有以重量百分比表示的如下化学组成:
[0007]C 彡 0.11% ；Si 彡 0.05% ^ Mn = 1.1% ；P 彡 0.11% ；S = 0.3%。
[0008]一般可以通过使用易切钢而为阀座、磁极铁心和弹簧盖的制造进一步节省费用。
[0009]关闭元件可以优选作为至少部分凸形的物体、尤其是作为球或作为椭圆体构成。座阀经常装备有盘形的关闭元件，当然这时阀座必须对应地成形并且精确地制造。在凸形物体中，阀座可以具有相对高的公差并且具有简单的形状、例如圆锥形的形状。此外可以以简单的方式实现体积流量调节。此外，座阀尤其是利用作为关闭元件的球是无泄漏的并且其Q/I特性曲线可以调节。Q/I特性曲线说明单位为升/分钟(L/min)的流量相对于单位为安培(A)的电流强度的变化。例如可以调节起点、斜率和最大流量。起点表示开始对阀进行调节时的电流强度。斜率由A流量/△电流强度形成。尤其是滑阀易于在滑件和滑件套之间发生泄漏，这通过使用凸形物体作为关闭元件而避免。
[0010]关闭元件可以优选由材料100Cr6或陶瓷材料制成或包含这些材料。材料100Cr6是滚动轴承钢并且特别适合用于制造凸形物体如球和椭圆体。通常已知的关闭元件由钨碳钢制造。使用滚动轴承钢允许进一步节省费用。使用陶瓷材料具有如下优点，即，关闭元件可以具有非常高的硬度，其同时具有小的质量。小的质量允许简单地改变座阀的固有频率。
[0011]100Cr6具有材料号1.3505并且具有以重量百分比表示的如下化学组成:
[0012]C = 1.0% ；Si = 0.25% ；Mn = 0.35% ；Cr = 1.5%，其中包含一般通常的误差范围。
[0013]在另一种设计中，调节设备可以具有借助磁体单元可运动的挺杆以及用于使关闭元件沿轴线运动的弹簧，其中在弹簧和关闭元件之间设置有弹簧盖，所述弹簧盖由材料11SMn30制成或包含该材料。在该设计中，弹簧盖可以由与阀座相同的材料制造，这简化了购置和支撑。此外对于由llSMn30制造的阀座所述的优点也适用于弹簧盖。
[0014]优选地，磁体单元具有磁极铁心、衔铁和线圈，其中磁极铁心由材料llSMn30+C或llSMn30或ETG25制成或包含这些材料。以“+C”表示冷作硬化的材料。如果磁极铁心由llSMn30制成，则磁极铁心也与弹簧盖和阀座相同的材料制造，这进一步改善购置和支撑。此外存在如下可能性:将阀座一件式构成到磁极铁心中，这减少座阀的复杂性并且简化制造。
[0015]ETG25 (Steeltec公司的特种钢)是尽管存在高的初始强度但提供良好的可冷成形性的材料。ETG25在质量方面是高质量的钢，其大致对应于28Mn6。避免了用于调质处理以及用于耗费的后处理(如校准和净化)的花费。
[0016]ETG25具有以重量百分比表示的如下化学组成:
[0017]C 0.24 至 0.29% ；Si 0.1 至 0.3% ；Mn 1.2 至 1.5% ;P O 至 0.04% ；S 0.02 至
0.04%。
[0018]备选地，对于磁极铁心也可以使用28Mn6，其具有材料号1.1170。原则上可以对于所有引导由磁体单元产生的磁力线的构件使用包含铁素体组织的钢。此外可使用没有镍添加剂的优质钢，其没有形成奥氏体组织。在目前已知的座阀中对于磁极铁心使用纯铁，所述纯铁能够良好焊接并且良好引导磁力线。当然其相对于已给的钢非常软并且具有小的强度。因此使用已给的钢导致座阀延长的使用寿命，而不会干扰磁力线或减少其强度。
[0019]在另一种扩展方案中，磁极铁心和/或衔铁可以具有一个或多个排气孔。磁体单元这样构造，使得衔铁被可运动地设置并且由磁极铁心按照线圈通电而吸引或排斥。磁极铁心和衔铁经常同心于轴线地设置并且由线圈或线圈架包围。在磁极铁心和衔铁之间形成间隙。由于对线圈通电，因此衔铁朝磁极铁心运动，由此压缩间隙中的空气，因此用于使衔铁运动的力必需提高。排气孔用于使空气可以导出到座阀的环境中，从而间隙中的空气不被压缩并且因此较小的力足够使衔铁运动。例如衔铁中的排气孔具有2.5mm的直径，这从制造技术的观点证实为特别有利。在座阀运行中总是出现振动和压力脉冲。通过选择排气孔的尺寸，能够确定阀座的缓冲。如果排气孔具有在2.5mm范围中的直径，则能够提供具有快速的切换时间的非常敏捷的座阀。
[0020]优选地，排气孔与管路系统处于流体连通。在座阀运行中，在衔铁和磁极铁心之间的间隙的体积基于衔铁的运动而持续改变。通过排气孔与管路系统处于流体连通，流体、例如燃料可以到达间隙中并且挤出在那里存在的空气。这是有利的，因为通过空气在座阀中可以产生无意的振荡。此外基于改变的体积可以补偿间隙中的变化的压力。
[0021]优选地，衔铁可以具有N1-PTFE的涂层。N1-PTFE是包含加入的PTFE颗粒的金属的镍磷合金。镍基是硬的，由此该层是耐磨的。同时摩擦系数通过PTFE颗粒降低。因此衔铁至少在其滑动面上设有N1-PTFE的涂层。尤其是在开头所述的共轨应用中，衔铁非常经常地并且长时间地运动，因此N1-PTFE涂层可以在摩擦小的同时良好发挥其高耐磨性的优点。
[0022]备选地也可以使用如下涂层，其中除了烃气之外，其他的元素如氮、硅、氟和/或钛施加到衔铁总体上或滑动面上。
[0023]然而，滑动面也可以在没有涂层的情况下非常光滑地设计，从而可以放弃涂层。当然这样光滑的表面的制造是非常耗费和昂贵的，从而滑动面的涂层是较有利的方式。粗糙度值必须处于Rz2之下。
[0024]在一种优选的设计中，座阀可以具有包括突出部的壳体和在壳体中设置的用于传输磁力线的管状元件。在已知的座阀中，由磁体单元产生的磁力线由壳体本身这样传输，使得所述磁力线检测整个衔铁，为此壳体具有相对长的、伸入壳体内部的管状区段，该区段包围衔铁。因此一件式的壳体相对耗费地才可制成。按照本发明，磁力线大部分利用管状元件传输，由此显著简化壳体的制造。此外管状元件可以由与壳体不同的、特别是适合用于引导磁力线的材料制造，从而提尚材料选择中的灵活性。
[0025]管状元件可以优选由金属粉末烧结而成。由此管状元件能够简单制造并且此外这样设计，使得其良好引导磁力线。
[0026]此外该目的通过一种用于至少部分地闭锁和打开管路系统的座阀实现，其具有:阀座；管路系统，包括用于将流体输入至阀座的输入管路和用于将流体从阀座导出的导出管路，其中，阀座将管路系统分成输入侧和导出侧；关闭元件，所述关闭元件为了至少部分地闭锁和打开管路系统而与阀座共同作用，其中，关闭元件设置在管路系统的输入侧；以及包括磁体单元的调节设备，用于使关闭元件沿轴线运动，其中，磁体单元具有磁极铁心、衔铁和线圈，其中，阀座和磁极铁心一件式地构成，从而阀座由磁极铁心形成。由此减少座阀构造的复杂性，因为相比于具有单独的阀座的座阀，部件只须较少地制造、提供和安装。
[0027]此外本发明通过一种用于至少部分地闭锁和打开管路系统的座阀解决，其具有:阀座；管路系统，包括用于将流体输入至阀座的输入管路和用于将流体从阀座导出的导出管路，其中，阀座将管路系统分成输入侧和导出侧；关闭元件，所述关闭元件为了至少部分地闭锁和打开管路系统而与阀座共同作用，其中，关闭元件设置在管路系统的输入侧；以及包括磁体单元的调节设备，用于使关闭元件沿轴线运动。在此座阀具有包括突出部的壳体和在壳体中设置的用于传输来自磁体单元的磁场线的管状元件。在已知的座阀中，由磁体单元产生的磁力线由壳体本身这样传输，使得所述磁力线检测整个衔铁，为此壳体具有相对长的、伸入壳体内部的管状区段，该区段包围衔铁。一件式的壳体因此相对耗费才可制成。按照本发明，磁力线大部分利用管状元件传输，由此显著简化壳体的制造。此外管状元件可以由与壳体不同的、特别是适合用于引导磁力线的材料制造，从而提高材料选择中的灵活性。
[0028]此外，本发明涉及一种用于至少部分地闭锁和打开管路系统的座阀，其具有:阀座；管路系统，包括用于将流体输入至阀座的输入管路和用于将流体从阀座导出的导出管路，其中，阀座将管路系统分成输入侧和导出侧；关闭元件，所述关闭元件为了至少部分地闭锁和打开管路系统而与阀座共同作用，其中，关闭元件设置在管路系统的输入侧；包括磁体单元的调节设备，用于使关闭元件沿轴线运动，其中，磁体单元具有磁极铁心、衔铁和线圈。在此磁极铁心和/或衔铁具有一个或多个排气孔。
[0029]磁体单元这样构造，使得衔铁被可运动地设置并且由磁极铁心按照线圈通电而吸引或排斥。磁极铁心和衔铁经常同心于轴线地设置并且由线圈或线圈架包围。在磁极铁心和衔铁之间形成间隙。由于对线圈的通电，衔铁朝磁极铁心运动，由此压缩间隙中的空气，因此用于使衔铁运动的力必需提高。排气孔用于使空气可以导出到座阀的环境中，从而间隙中的空气不被压缩并且因此较小的力足够使衔铁运动。例如衔铁中的排气孔具有2.5mm的直径，这从制造技术的观点证实为特别有利。在座阀运行中总是出现振动和压力脉冲。通过选择排气孔的尺寸，能够确定座阀的缓冲。利用对排气孔直径的合适的选择，能够提供具有快速的切换时间的非常敏捷的座阀。
[0030]此外本发明涉及按照之前所述的实施例的按照本发明的座阀用于在共轨高压应用中的体积流量调节的用途。
【附图说明】
[0031]借助两个优选的实施例参考附图详细解释本发明。示出:
[0032]图1按照本发明的座阀的第一实施例的剖视图；以及
[0033]图2按照本发明的座阀的第二实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0034]在图1中示出按照本发明的座阀1(^的第一实施例。座阀10 i具有包括壁13的大致罐形的壳体12，所述壁形成基本上圆柱形的突出部14。所述壁限定轴线A。在壳体12中设置有包含磁体单元18的调节设备16。在示出的实施例中，磁体单元18具有分别与壳体12的轴线A同心设置的磁极铁心20、衔铁22和线圈24。基本上圆柱形的衔铁22在此伸到突出部14中。线圈24由线圈架25保持，所述线圈架也包围衔铁22和磁极铁心20。磁极铁心20从壳体12中伸出并且利用固定板27与壳体12连接。
[0035]此外在壳体12中设置有管状元件26，所述管状元件环形地包围衔铁22并且这样引导由磁体单元18产生的磁力线，使得所述磁力线可以作用到衔铁22上。除管状元件26之外，磁力线也由突出部14引导到衔铁22上。衔铁22借助套筒29沿轴线A可运动地被支撑。套筒29借助O形环31相对于磁极铁心20密封，但备选地套筒29可以与磁极铁心20密封地焊接，从而在这种情况中可以节省O形环31。此外调节设备16具有挺杆28，所述挺杆在穿透磁极铁心20的贯通孔30中借助衬套32同样沿轴线A可运动地被支撑，其中衬套32具有未详细示出的槽。挺杆28不固定在衔铁22上。当然可能的是，将挺杆28固定在衔铁22上，使得其通过衔铁支座被定向和引导，从而不需要挺杆28的附加的支座或可以对其简化。
[0036]此外，座阀11具有管路系统34并且具有阀座40，所述管路系统具有输入管路36和导出管路38。阀座40在座阀11的第一实施例中作为具有变细区段的单独构件(也称为V形座)构成并且设置在磁极铁心20的贯通孔30中，所述贯通孔的直径朝磁极铁心20的自由端部42那边扩大。但阀座40也可以不同地构造，例如作为多边形阀座，其中也可使用具有凸形或凹形的抛物线形的几何结构。关闭元件44处于阀座40中，所述关闭元件在示出的示例中作为凸形物体46并且尤其是作为球构成。关闭元件44借助挺杆28沿轴线A是可运动的并且借助弹簧48和在弹簧48和关闭元件44之间设置的弹簧盖50预张紧到阀座40的变细区段中。磁极铁心20的贯通孔30也同时在自由端部42的区域中形成管路系统34的输入管路36，而导出管路38不仅由贯通孔30而且由伸入贯通孔30中的且垂直于轴线A延伸的孔形成。
[0037]阀座40将管路系统34分成输入侧52和导出侧54。在示出的示例中，输入管路36同时也形成输入侧52并且导出管路38形成导出侧54，其中关闭元件44设置在输入侧52。输入侧52也称为朝向压力侧并且导出侧54称为背离压力侧。
[0038]由此产生座阀现的如下运行方式:在图1中示出座阀10 i在起始位置中，其中线圈24不通电。利用未进一步示出的流体管路，处于一定压力下的流体、例如燃料通过输入管路36引导至阀座40。流体的流动方向以箭头表示。因为弹簧48将关闭元件44挤压到阀座40中，所述阀座40闭锁，从而流体不可以经过阀座40。附加地，关闭元件44由流体的压力挤压到阀座40中。如果现在线圈24通过未进一步示出的电导线和接头通电，则磁极铁心20被磁化，从而所述磁极铁心将衔铁22沿轴线A拉向自己。因为挺杆28跟随衔铁22沿轴线A的运动，所以挺杆28挡靠在关闭元件44上并且将其相反于弹簧48的作用方向从阀座40中推出，从而关闭元件44现在释放阀座40。因此流体可以流经阀座40并且通过导出管路38离开管路系统34。基于阀座40的变细区段，可由流体流经的横截面取决于关闭元件44从阀座40中推出得有多远。
[0039]关闭元件44关于阀座40的位置能够通过流过线圈24的电流大小确定，从而可实现体积流量调节。此外可以利用具有变细区段的阀座40 (V形座)和凸形物体46来避免泄漏，所述泄漏尤其是在滑阀中基于滑件和滑件套之间的空隙而强制性产生。也能够较好地调节座阀的Q/I特性曲线。
[0040]如果对线圈24的通电结束，则磁极铁心20不再被磁化。因此弹簧48将关闭元件44往回挤压到阀座40中，由此挺杆28和衔铁22也往回运动到起始位置中。弹簧48在此由流体的流动辅助。因此涉及“常闭阀”。
[0041]如由对运行方式的上述说明可看出的，衔铁22在起始位置中与磁极铁心20间隔开地设置，从而在那里构成间隙。如同样实施的，支撑挺杆28的衬套32具有槽，从而一旦流体经过阀座40，则流体可以到达间隙中。衔铁22具有空间孔55，流体在经过间隙之后可以到达所述空间孔中，从而流体将空气从间隙中挤出并且间隙完全由流体填充。
[0042]在图2中，示出按照本发明的座阀102的另一个实施例，其与第一实施例的不同之处基本上如下:磁极铁心20这样构成，使得挺杆28在贯通孔30中在没有衬套32的情况下沿轴线A可运动地支撑在磁极铁心20中。然而为了确保流体可以到达磁极铁心20和衔铁22之间的间隙中以用于对所述间隙排气，磁极铁心20附加地还具有一个或多个排气孔56。此外阀座40直接由磁极铁心20形成并且不同于第一实施例不作为单独构件实施。按照第二实施例的座阀102的其余构造在很大程度上等同于第一实施例1O113此外按照第二实施例的座阀12以与按照第一实施例的座阀10 i相同的方式运行。
[0043]在两个实施例中，阀座40、弹簧盖50和磁极铁心20由材料llSMn30制造，其中磁极铁心20备选地也可以由ETG25制造。关闭元件44由材料100Cr6制造，此外衔铁22具有N1-PTFE的涂层。管状元件26作为具有金属粉末的烧结部件实施。
[0044]附图标记列表
[0045]1UO1UO2 座阀
[0046]12壳体
[0047]13壁
[0048]14突出部
[0049]16 调节设备
[0050]18 磁体单元
[0051]20 磁极铁心
[0052]22 衔铁
[0053]24 线圈
[0054]25 线圈架
[0055]26 管状元件
[0056]27 固定板
[0057]28 挺杆
[0058]29 套筒
[0059]30 贯通孔
[0060]31 O 形环
[0061]32 衬套
[0062]34 管路系统
[0063]36 输入管路
[0064]38 导出管路
[0065]40 阀座
[0066]42 自由端部
[0067]44 关闭元件
[0068]46 凸形物体
[0069]48 弹簧
[0070]50 弹簧盖
[0071]52 输入侧
[0072]54 导出侧
[0073]55 空间孔
[0074]56 排气孔 O
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【主权项】
1.一种用于至少部分地闭锁和打开管路系统(34)的座阀，具有: 阀座(40)； 管路系统(34)，包括用于将流体输入至阀座(40)的输入管路(36)和用于将流体从阀座(40)导出的导出管路(38)，其中，阀座(40)将管路系统(34)分成输入侧(52)和导出侧(54); 关闭元件(44)，所述关闭元件为了至少部分地闭锁和打开管路系统(34)而与阀座(40)共同作用，其中，关闭元件(44)设置在管路系统(34)的输入侧(52); 包括磁体单元(18)的调节设备(16)，用于使关闭元件(44)沿轴线(A)运动， 其特征在于，阀座(40)由材料llSMn30、合金钢或陶瓷材料制成或包含这些材料。2.按照权利要求1所述的座阀， 其特征在于，关闭元件(44)作为至少部分凸形的物体(46)、尤其是作为球或作为椭圆体构成。3.按照权利要求2所述的座阀， 其特征在于，关闭元件(44)由材料100Cr6或陶瓷材料制成或包含这些材料。4.按照权利要求1至3之任一项所述的座阀， 其特征在于，调节设备(16)具有借助磁体单元(18)可运动的挺杆(28)和用于使关闭元件(44)沿轴线㈧运动的弹簧(48)，其中，在弹簧(48)和关闭元件(44)之间设置有弹簧盖(50)，所述弹簧盖由材料llSMn30制成或包含该材料。5.按照权利要求4所述的座阀， 其特征在于，磁体单元(18)具有磁极铁心(20)、衔铁(22)和线圈(24)，其中，磁极铁心(20)由材料llSMn30+C、llSMn30或ETG25制成或包含这些材料。6.按照权利要求5所述的座阀， 其特征在于，磁极铁心(20)和/或衔铁(22)具有一个或多个排气孔(56)。7.按照权利要求6所述的座阀， 其特征在于，排气孔(56)与管路系统(34)处于流体连通。8.按照权利要求5至7之任一项所述的座阀， 其特征在于，衔铁(22)具有N1-PTFE的涂层。9.按照权利要求8所述的座阀， 其特征在于，该座阀具有包括突出部(14)的壳体(12)和在壳体(12)中设置的用于传输由磁体单元产生的磁力线的管状元件(26)。10.按照权利要求9所述的座阀， 其特征在于，管状元件(26)由金属粉末烧结而成。
【文档编号】F16K1/36GK105864443SQ201510569582
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年9月9日
【发明人】F·舒尔茨, G·施特勒贝尔
【申请人】康德瑞恩(菲林根)有限公司