DE10160168A1 - Zentralventil - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß besitzt das Zentralventil einen segmentierten Gehäusekörper, derart, daß für dessen Teile eine weitestgehend gleichmäßige Verteilung der Beanspruchung erreicht wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Zentralventil mit Saug- und Druckventil sowie vom Druckventil gesteuertem Ausgangskanal und vom Saugventil gesteuertem Eingangskanal, für einen Plungerarbeitsraum einer Hochdruckpumpe, wobei das Druckventil am einen Stirnende eines Gehäusekörpers, am in Ausgangsrichtung hinteren Ende des Ausgangskanals, und das Saugventil am anderen Stirnende des Gehäusekörpers, am in Eingangsrichtung hinterem Ende des Eingangskanals, angeordnet ist.
• Derartige Zentralventile werden des öfteren bei Hochdruckpumpen eingesetzt. Sie bieten den Vorteil einer vergleichsweise einfachen Montage der Pumpe, weil die Eingangs- und Ausgangskanäle in einem Gehäusekörper angeordnet sind, der sich nach Art einer Sandwichanordnung zwischen den einen Enden der die Plungerarbeitsräume bildenden Pumpenzylinder und einem die Saug- und/oder Drucksammelleitungen umfassenden Sammelstück anordnen läßt, wobei das Saugventil auf der zylinderseitigen Stirnseite und das Druckventil auf der zylinderfernen Stirnseite des Gehäusekörpers angeordnet ist.
• Des weiteren bieten Zentralventile den für Hochdruckpumpen wichtigen Vorzug, daß sich die Plungerarbeitsräume mit geringem Totwasservolumen ausbilden lassen.
• Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Zentralventil zu schaffen, welches eine besonders hohe Standfestigkeit bei vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Eingangskanal einen zum zentralen Ausgangskanal konzentrischen ringförmigen Querschnitt und der Gehäusekörper eine geteilte Ausbildung mit den Außenumfang des Eingangskanals bildendem Außenteil und den Innenumfang des Eingangskanals bildendem, vom dazu konzentrischen Ausgangskanal axial durchsetztem Innenteil aufweist.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Gehäusekörper zu segmentieren, um Zonen mit starker Beanspruchung durch die Druckpulsationen der Pumpe zu vermeiden.
• Durch die Segmentierung wird die Herstellung des Gehäusekörpers vereinfacht. Insbesondere wird die Herstellung des Eingangskanals mit ringförmigem Querschnitt erleichtert, weil dieser Kanal als Abstandsraum zwischen Innen- und Außenteil ausgebildet sein kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verjüngen sich die Außen- und Innenumfänge des Eingangskanals konisch in Eingangsrichtung, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Außenumfang einen in Eingangsrichtung vorderen Abschnitt mit größerem bzw. stumpfem Konuswinkel und einen hinteren Abschnitt mit kleinerem bzw. spitzem Konuswinkel aufweisen kann, während der Innenumfang vorzugsweise etwa gleichen Konuswinkel wie der hintere Abschnitt besitzen kann.
• Aufgrund dieser Merkmale wird eine nahezu exponentielle Verengung des Querschnittes des Eingangskanales in Eingangsrichtung erreicht, so daß beim Saughub der Pumpe die Strömungsgeschwindigkeit des Pumpmediums über die Länge des Eingangskanales kontinuierlich exponentiell zunimmt und der Druck des zuströmenden Pumpenmediums analog abnimmt. Im Ergebnis werden also sprunghafte Druck- bzw. Geschwindigkeitsänderungen und dadurch verursachte Kavitation vermieden.
• Das Saugventil besitzt zweckmäßig einen ringförmigen, vorzugsweise als Ringscheibe ausgebildeten Ventilkörper, dem ein äußerer Ringsitz am Außenteil und ein innerer Ringsitz am Innenteil des Gehäusekörpers zugeordnet sind, wobei die vorzugsweise ringscheibenförmigen Sitzflächen unter Bildung von Ringkanten an die Außen- bzw. Innenumfänge des Eingangskanals anschließen.
• Damit kann einerseits eine gute Dichtigkeit des Saugventiles während des Druckhubes der Pumpe und andererseits eine schnelle Öffnung des Saugventiles bei Beginn des Saughubes gewährleistet werden.
• Um eine gute zentrische Lage des Außenteiles relativ zum Innenteil des Gehäusekörpers gewährleisten zu können, ist es zweckmäßig, wenn das im wesentlichen ringscheibenförmige Außenteil axial an einen ausgangsseitigen Ringscheibenteil bzw. Ringflansch des Innenteiles anschließt und das Innenteil mit einem die Innenumfangsfläche des Eingangskanals bildenden, mit dem Ringscheibenteil bzw. -flansch einstückig verbundenen Axialfortsatz in die die Außenumfangsfläche des Eingangskanals bildende Mittelöffnung des ringscheibenförmigen Außenteils hineinragt.
• Hinsichtlich der axialen Dicken des ringscheibenförmigen Außenteiles einerseits und des Ringscheibenteiles bzw. Ringflansches des Innenteiles andererseits besteht eine weitestgehende konstruktive Freiheit. Dementsprechend kann die Radialfuge zwischen diesen beiden Teilen ohne weiteres in einen Bereich gelegt werden, in dem bei einstückiger Ausbildung des Gehäusekörpers große Beanspruchungen aufträten.
• Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.
• Dabei zeigt
• Fig. 1 einen Axialschnitt eines Pumpenzylinders und
• Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt der am Pumpenzylinder vorgesehenen Zentralventilanordnung.
• In Fig. 1 ist von einer Hochdruckpumpe mit liegender Zylinderanordnung und (beispielsweise) drei Zylindern ein die Längsachse eines Zylinders enthaltender vertikaler Axialschnitt dargestellt. Das zugehörige Kurbeltriebwerk sowie die Führungen der Kreuzköpfe sind weggelassen.
• In jedem Zylinder 1 arbeitet ein als Plunger 2 ausgebildeter Verdränger, wobei im Saughub des Plungers 2 über ein Saugventil 3 Pumpmedium in den Arbeitsraum des Plungers 2 einströmt und beim nachfolgenden Druckhub des Plungers 2 über ein Druckventil 4 ausgeschoben wird. Saugventil 3 und Druckventil 4 sind in weiter unten dargestellter Weise zu einer Zentralventileinheit 5 zusammengefaßt.
• Die Zylinder 1 der Zylinderanordnung sind zwischen einem kurbelgehäuseseitigen Widerlagerstück 6 und einem Saugleitungssammelstück 7 angeordnet, wobei jeder Zylinder 1 an das Widerlagerstück 6 unter Zwischenschaltung einer Widerlagerscheibe 8 und an das Saugleitungssammelstück 7 unter Zwischenschaltung des Gehäusekörpers 9 der zugehörigen Zentralventileinheit 5 sowie eines für alle Zylinder gemeinsamen Drucksammelstückes 10 anschließt. Widerlagerstück 6 und Saugleitungssammelstück 7 sind miteinander über starke Zuganker 11 verbunden, so daß jeder Zylinder 1 zwischen seiner Widerlagerscheibe und dem Gehäusekörper 9 seiner Zentralventileinheit 5 unter starkem axialen Druck eingespannt wird.
• Im Saugleitungssammelstück 7 ist eine Saugsammelleitung 12 angeordnet, die an jedem Zylinder 1 direkt bzw. über Querbohrungen 13 mit zwei Saugbohrungen 14 kommuniziert, die über das Drucksammelstück 10 durchsetzende Bohrungen 15 mit dem Saugventil 3 verbunden sind.
• Innerhalb des Drucksammelstückes 10 ist eine Druckleitung angeordnet, die an jedem Zylinder 1 in einen Aufnahmeraum 17 für das jeweilige Druckventil 4 mündet bzw. diesen Aufnahmeraum 17 durchsetzt. Der Aufnahmeraum 17 ist als Sackraum mit dem Gehäusekörper 9 der Zentralventileinheit 5 zugewandter Öffnung ausgebildet.
• Der Zylinder 1 besitzt im dargestellten Beispiel einen Doppelmantel mit einem auf einen Innenzylinder 18 thermisch aufgeschrumpften Außenmantel 19. Innerhalb des Innenzylinders 18 ist eine Plungerlaufbuchse 20 angeordnet, die mit ihrem in der Zeichnung linken Ende an eine Dichtungspackung 21 für den Plunger 2 axial anschließt und deren rechtes Ende als Führung und Widerlager einer Schraubendruckfeder 22 ausgebildet ist, die eine als Widerlager der Ventilfeder 23 des Saugventiles 3 (vgl. auch Fig. 2) ausgebildete Buchse 24 gegen die zugewandte Stirnseite des Gehäusekörpers 9 der Zentralventileinheit 5 spannt.
• Die Buchse 24 besitzt an ihrem in der Zeichnung linken Ende einen nach innen ragenden Ringflansch, dessen Innendurchmesser hinreichend groß für den Durchtritt des Plungers 2 ist. Auf dem vorgenannten Ringflansch ist die als im Vergleich zur Schraubendruckfeder 22 schwache Ventilfeder 23 abgestützt, die ebenfalls als Schraubendruckfeder und mit hinreichend großem Durchmesser ausgebildet ist, um einen Eintritt des Plungers in den Innenraum der Ventilfeder 23 zu gestatten.
• Die Ventilfeder 23 spannt einen ringscheibenförmigen Saugventilkörper 25 gegen einen ringförmigen äußeren Sitz 26 sowie einen ringförmigen inneren Sitz 27.
• Diese beiden Sitze 26 und 27 sind als ebene Kreisflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei der äußere Sitz 26 an einem ringscheibenförmigen Außenteil 28 und der innere Sitz 27 an einem Innenteil 29 des zweiteiligen Gehäusekörpers 9 angeordnet ist.
• Zwischen Außen- und Innenteil 28, 29 ist ein ringförmiger Eingangskanal 30 ausgebildet, welcher im dargestellten Axialschnitt des Gehäusekörpers 9 eine konusartige Form aufweist.
• Die Außenumfangswand des Eingangskanals 30 wird durch eine konusförmige Axialbohrung im Außenteil 28 gebildet, wobei sich diese konusförmige Bohrung zum äußeren Sitz 26 hin verjüngt. An der vom Sitz 26 abgewandten Stirnseite des Außenteils 28 besitzt diese konusförmige Bohrung einen Abschnitt mit gegenüber der übrigen Konusbohrung vergrößerten Öffnungswinkel.
• Der Innenumfang des Saugkanals 30 wird durch die konusförmige Außenumfangswand des Innenteiles 29 gebildet, welches sich einstückig in eine axial an das Außenteil 28 anschließende Ringscheibe 31 fortsetzt, die das Außenteil 28 an dessen Außenumfang mit einem Ringbund axial überlappt, so daß Außen- und Innenteil 28, 29 relativ zueinander zentriert gehalten werden. Der an den inneren Sitz 27 anschließende Abschnitt des Innenteiles 29 besitzt gleichen Konuswinkel wie der an den Sitz 26 anschließende Teil der Konusbohrung des Außenteiles 28. An den konusförmigen Außenumfang des Innenteiles 29 schließt axial ein Abschnitt mit zylindrischem Außenumfang an, welcher unter Bildung einer Ringkehle in die dem Außenteil 28 zugewandte Stirnseite der Ringscheibe 31 übergeht.
• Aufgrund der beschriebenen Form der Innen- und Außenumfangsflächen des im Querschnitt ringförmigen Eingangskanales 30 bildet der Eingangskanal 30 an seinem vom Saugventil 3 entfernten Ende einen Ringraum mit relativ großem Querschnitt, welcher sich dann in Richtung des Saugventiles 3 zunehmend verengt, wobei trotz der einfachen geometrischen Form der Außen- und Innenumfangsflächen des Eingangskanales 30 eine exponentiell zunehmende Verengung zumindest näherungsweise erreicht wird.
• Die Ringscheibe 31 wird von in Achsansicht der Ringscheibe 31 ringförmig angeordneten Schrägbohrungen 32 durchsetzt, die mit ihrem einen Ende in den ringkehlenförmigen Übergangsbereich zwischen dem Innenteil 29 und der angrenzenden Stirnseite der Ringscheibe 31 einmünden. Die anderen Enden der Schrägbohrungen 32 münden in eine Ringnut 33, die auf der druckventilseitigen Stirnseite der Ringscheibe 31 ausgebildet ist und gemäß Fig. 1 mit den die Saugbohrungen 14 fortsetzenden Bohrungen 15 im Drucksammelstück 10 kommuniziert.
• Das Innenteil 29 sowie dessen Ringscheibe 31 werden von einem zentralen Ausgangskanal 34 durchsetzt, welcher vom Druckventil 4 gesteuert wird.
• Am Druckventil 4 erweitert sich der Ausgangskanal 34 unter Bildung eines kegelförmigen Sitzes 35 in einen Bohrungsabschnitt, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Aufnahmeraumes 17 des Druckventiles 4 im Drucksammelstück 10. Der genannte Bohrungsabschnitt und der Aufnahmeraum 17 nehmen gemeinsam eine Führungsbuchse 36 für den Ventilkörper 37 des Druckventiles 4 auf. Die Führungsbuchse 36 besitzt auf ihrem Außenumfang sternförmig angeordnete Stege, die die Führungsbuchse 36 an der Innenumfangswand des Aufnahmeraumes 17 sowie des daran anschließenden Bohrungsabschnittes in der Ringscheibe 31 radial abstützen. In Anpassung an den Durchmesser dieses Bohrungsabschnittes haben die Stege innerhalb des Bohrungsabschnittes eine größere Abmessung in Radialrichtung, so daß diese radial größeren Teile der Stege mit der Ringstufe zwischen der Wandung des Aufnahmeraumes 17 und der der Zentralventileinheit 5 zugewandten Stirnseite des Drucksammelstückes 10 anschlagartig zusammenwirken und die Führungsbuchse 36 an einer Axialverschiebung in den Aufnahmeraum 17 hinein hindern.
• Die Führungsbuchse 36 besitzt an ihrem vom Ausgangskanal 34 fernen Ende einen verengten Innenraum, derart, daß eine Ringstufe gebildet wird. Diese dient als Widerlager einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Ventilfeder 38 des Druckventiles 4. Mit ihrem anderen Ende ragt die Ventilfeder 38 in den Innenraum des Ventilkörpers 37 hinein, welcher die Form eines zylindrischen Körpers mit dem Ventilsitz 35 angepaßtem kegelstumpfförmigen Boden aufweist.
• Zur Abdichtung des Aufnahmeraumes 17 des Druckventiles 4 gegenüber dem Gehäusekörper 9 der Zentralventileinheit 5 ist in einer ringstufenförmigen Erweiterung des an den Aufnahmeraum 17 axial anschließenden Bohrungsabschnittes in der Ringscheibe 31 bzw. im Innenteil 29 eine Dichtung 39 angeordnet, welche gleichzeitig die Ringnut 33 nach radial innen abdichtet. Nach radial außen ist die Ringnut 33 durch eine Dichtung 40 in einer ringstufenförmigen Erweiterung der Ringnut 33 an der Grenzfläche zwischen dem Gehäusekörper 9 der Zentralventileinheit 5 sowie des Drucksammelstückes 10 abgesperrt.
• In einer stirnseitigen Ringnut des ringscheibenförmigen Außenteiles 28 des Gehäusekörpers 9 ist eine weitere Dichtung 41 angeordnet, die den Verbindungsbereich zwischen den Schrägbohrungen 32 und dem Eingangskanal 30 abdichtet.
• Zur Abdichtung des Gehäusekörpers 9 der Zentralventileinheit 5 gegenüber dem Zylinder 1 besitzt der axial an den Innenzylinder 18 anschließende Stirnseitenbereich des Außenteiles 28 eine Ringwulst, welcher durch entsprechende Verspannung der Zuganker 11 mit sehr hoher Presskraft gegen den zugewandten Stirnrand des Innenzylinders 18 gespannt wird.

Claims (13)

1. Zentralventil mit Saug- und Druckventil (3, 4) sowie vom Druckventil gesteuertem Ausgangskanal (34) und vom Saugventil gesteuertem Eingangskanal (30), für einen Plungerarbeitsraum einer Hochdruckpumpe, wobei das Druckventil am einen Stirnende eines Gehäusekörpers (9), am in Ausgangsrichtung hinteren Ende des Ausgangskanals, und das Saugventil am anderen Stirnende des Gehäusekörpers (9), am in Eingangsrichtung hinteren Ende des Eingangskanals, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskanal (30) einen zum zentralen Ausgangskanal (34) konzentrischen ringförmigen Querschnitt und der Gehäusekörper (9) eine geteilte Ausbildung mit den Außenumfang des Eingangskanals bildendem Außenteil (28) und den Innenumfang des Eingangskanals bildendem, vom dazu konzentrischen Ausgangskanal (34) axial durchsetztem Innenteil (29) aufweist.

2. Zentralventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außen- und Innenumfangswände des Eingangskanals (30) in Eingangsrichtung konisch verengen.

3. Zentralventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangswand des Eingangskanals (30) einen in Eingangsrichtung vorderen Abschnitt mit größerem bzw. stumpfem Konuswinkel und einen hinteren Abschnitt mit kleinerem bzw. spitzem Konuswinkel aufweist.

4. Zentralventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangswand und die Außenumfangswand des Eingangskanals (30) am in Eingangsrichtung hinteren Abschnitt des Eingangskanals zumindest etwa gleichen Konuswinkel aufweisen.

5. Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil (3) einen ringförmigen Schließ- bzw. Ventilkörper (25) und diesem zugeordnet einen äußeren Ringsitz (26) am Außenteil (28) sowie einen inneren Ringsitz (27) am Innenteil (29) aufweist.

6. Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließ- bzw. Ventilkörper (25) des Saugventils (3) als Ringscheibe ausgebildet ist und mit ringscheibenförmigen Sitzflächen (26, 27) zusammenwirkt.

7. Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenumfangswände des Eingangskanals (30) an die Sitzflächen (26, 27) unter Bildung von Ringkanten anschließen.

8. Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsitzfläche (26) des Außenteiles (28) axial vor der sitzseitigen Stirnseite des Außenteiles angeordnet ist.

9. Zentralventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die sitzseitige Stirnseite des Außenteiles (28) mit konkaver Ringzone sowie unter Bildung einer Ringkante an die Ringsitzfläche (26) anschließt.

10. Zentralventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen ringscheibenförmige Außenteil (28) des Gehäusekörpers (9) der Zentralventileinheit (5) axial an einen ausgangsseitigen Ringscheiben- bzw. Ringflanschbereich (31) des Innenteiles (29) anschließt und das Innenteil mit einem die Innenumfangsfläche des Eingangskanals (30) bildenden, mit dem Ringscheiben- bzw. Ringflanschbereich (31) einstückig verbundenen Axialfortsatz in die die Außenumfangsfläche des Eingangskanals bildende Mittelöffnung des ringscheibenförmigen Außenteiles (28) hineinragt.

11. Zentralventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringscheiben- bzw. Ringflanschbereich (31) von mit dem Eingangskanal (30) kommunizierenden Bohrungen (32) axial durchsetzt wird.

12. Zentralventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (32) relativ zur Achse des Innenteiles (29) mit etwa gleicher Neigung wie der konische Bereich der Innenumfangsfläche des Eingangskanals (30) angeordnet sind.

13. Zentralventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (32) ringförmig verteilt im Ringscheiben- bzw. Ringflanschbereich (31) angeordnet sind.