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Die
Erfindung betrifft eine Druckregelventileinrichtung, insbesondere
eine ein- oder mehrstufige Überströmventileinrichtung
oder eine Druckbegrenzungsventileinrichtung, mit einem Druckanschluss und
mit einem gegen die Federkraft einer Ventilfedereinrichtung und
den dort herrschenden Druck in einen Ventilkolbenaufnahmeraum hinein
bewegbaren Ventilkolben, der eine Strömungsverbindung zwischen dem
Druckanschluss und einer Absteueröffnung, die mit einer Druckentspannungsleitung
in Verbindung steht, freigibt, wenn ein vorgegebener Druck überschritten
wird, wobei der Ventilkolbenaufnahmeraum über eine Volumenausgleichsöffnung und
eine Volumenausgleichsverbindungsleitung mit der Druckentspannungsleitung
in Verbindung steht.
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Bei
der Druckregelventileinrichtung handelt es sich insbesondere um
eine Überströmventileinrichtung
oder eine Druckbegrenzungsventileinrichtung. Überströmventileinrichtungen werden
zum Beispiel als Sicherheitsventile verwendet, um zu verhindern,
dass der zu regelnde Druck zu groß wird. Druckbe grenzungsventileinrichtungen
dienen zum Einstellen und Konstanthalten des zu regelnden Drucks.
Die Volumenausgleichsöffnung
ermöglicht einen
Volumenausgleich, wenn sich der Ventilkolben in den Ventilkolbenaufnahmeraum
hinein und aus dem Ventilkolbenaufnahmeraum heraus bewegt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Druckregelventileinrichtung, insbesondere
eine Überströmventileinrichtung
oder eine Druckbegrenzungsventileinrichtung, mit einem Druckanschluss
und mit einem gegen die Federkraft einer Ventilfedereinrichtung
und den dort herrschenden Druck in einen Ventilkolbenaufnahmeraum
hinein bewegbaren Ventilkolben, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Druckanschluss
und einer Absteueröffnung,
die mit einer Druckentspannungsleitung in Verbindung steht, freigibt,
wenn ein vorgegebener Druck überschritten wird,
wobei der Ventilkolbenaufnahmeraum über eine Volumenausgleichsöffnung und
eine Volumenausgleichsverbindungsleitung mit der Druckentspannungsleitung
in Verbindung steht, zu schaffen, durch die auf der Druckseite ein
nahezu konstanter Druck eingestellt werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Aufgabe ist bei einer Druckregelventileinrichtung, insbesondere
einer ein- oder mehrstufigen Überströmventileinrichtung
oder einer Druckbegrenzungsventileinrichtung, mit einem Druckanschluss
und mit einem gegen die Federkraft einer Ventilfedereinrichtung
und den dort herrschenden Druck in einen Ventilkolbenaufnahmeraum
hinein bewegbaren Ventilkolben, der eine Strömungsverbindung zwischen dem
Druckanschluss und einer Absteueröffnung, die mit einer Druckentspannungsleitung
in Verbindung steht, freigibt, wenn ein vorgegebener Druck überschritten
wird, wobei der Ventilkolbenaufnahmeraum über eine Volumenausgleichsöffnung und
eine Volumenausgleichsverbindungsleitung mit der Druckentspannungsleitung
in Verbindung steht, dadurch gelöst,
dass zwischen der Volumenausgleichsöffnung und der Druckentspannungsleitung
eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist. Durch die Drosseleinrichtung
wird die Bewegung des Ventilkolbens im Betrieb wirksam bedämpft. Dadurch können im
Betrieb auftretende Schwingungen des Ventilkolbens reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Druckregelventileinrichtung
ist vorzugsweise einstufig ausgebildet und mit einer Drossel ausgestattet, kann
aber auch zwei oder mehr Stufen haben. Mit einer zusätzlichen
Stufe der Druckregelventileinrichtung kann bereits bei einem geringeren
Druck eine gewisse, kleine Menge abgesteuert werden, während bei
Erreichen des Hauptdrucks eine Hauptmenge abgesteuert wird. Diese
kleine Menge könnte
zum Beispiel zur Minimalschmierung einer Pumpe verwendet werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Druckregelventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosseleinrichtung eine Drosselstelle umfasst, die in einem
Volumenausgleichskanal vorgesehen ist, der von dem Ventilkolbenaufnahmeraum
ausgeht. Der Ventilkolbenaufnahmeraum wird vorzugsweise von einer
Bohrung in einem Ventilgehäuse
gebildet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Druckregelventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilkolbenaufnahmeraum und der Volumenausgleichskanal in einer
Hohlschraube ausgespart sind. Vorzugsweise sind der Druckanschluss
und die Absteueröffnung
auch in der Hohlschraube vorgesehen. Der Körper der Hohlschraube bildet
somit das Gehäuse
der Druckregelventileinrichtung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Druckregelventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselstelle von einer Drosselbohrung gebildet wird, die in
dem Volumenausgleichskanal angeordnet ist. Vorzugsweise wird der Volumenausgleichskanal
von einer Volumenausgleichsbohrung gebildet, die einen größeren Innendurchmesser
als die Drosselbohrung aufweist, die koaxial zu der Volumenausgleichsbohrung
verläuft.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Druckregelventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosseleinrichtung eine Drosselhülse umfasst, die in dem Volumenausgleichskanal
angeordnet ist. Vorzugsweise entspricht der Außendurchmesser der Drosselhülse dem
Innendurchmesser einer Volumenausgleichsbohrung. Der Innendurchmesser
der Drosselhülse
ist kleiner als der Innendurchmesser der Volumenausgleichsbohrung.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Druckregelventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosseleinrichtung eine Drosselstelle umfasst, die in der Volumenausgleichsverbindungsleitung
vorgesehen ist. Die Drosselstelle kann zum Beispiel in einer Niederdruckbohrung
eines Pumpengehäuses
vorgesehen sein.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 einen
Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Druckregelventileinrichtung
und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Überströmventileinrichtung
im Längsschnitt.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Druckregelventileinrichtung
dargestellt. Durch ein Rechteck 1 ist eine Pumpe angedeutet,
die über
eine Zulaufleitung 2 aus einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank
mit Kraftstoff versorgt wird. Die Pumpe 1 steht außerdem über eine
Rücklaufleitung 4 mit
dem Kraftstofftank in Verbindung. Von der Zulaufleitung 2 führt eine
Schmier mittelversorgungsleitung 5 in einen Niederdruckbereich
der Pumpe 1, in dem deren Triebwerk angeordnet ist. Des
Weiteren steht die Zulaufleitung 2 über eine Zumessleitung 6 mit
einem Hochdruckbereich der Pumpe 1 in Verbindung, in dem
der über
die Zumessleitung 6 geförderte
Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt wird. In der Zumessleitung 6 sind
eine Filtereinrichtung 7 und eine Zumessventileinrichtung 8 vorgesehen.
Die Filtereinrichtung 7 ist optional.
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Bei
der Pumpe 1 handelt es sich vorzugsweise um eine Hochdruckpumpe,
die dazu dient, Kraftstoff in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
mit Hochdruck zu beaufschlagen. Über
die Zumessventileinrichtung 8 kann die Fördermenge
der Pumpe 1 gesteuert werden.
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Die
Zulaufleitung 2 steht über
eine Verbindungsleitung 9 mit der Rücklaufleitung 4 in
Verbindung. Die Rücklaufleitung 4 kann
bei Verwendung einer mechanischen Vorförderpumpe auch vor diese mechanische
Vorförderpumpe
geführt
sein. In der Verbindungsleitung 9 sind eine Überströmventileinrichtung 10 und
eine Filtereinrichtung 12 vorgesehen. Die Filtereinrichtung 12 ist
optional. Die Überströmventileinrichtung 10 dient
dazu, den Fülldruck
der Pumpe 1 über
den gesamten Betriebsbereich möglichst
konstant zu halten.
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Die Überströmventileinrichtung 10 umfasst einen
federvorgespannten Kolben, der eine Verbindung zwischen der Zulaufleitung 2 und
einer Absteuerleitung 14 freigibt, wenn ein vorgegebener
Druck in der Zu laufleitung 2 überschritten wird. Die Absteuerleitung 14 muss
nicht direkt in den Rücklauf
münden, sondern
kann auch in die Pumpe 1 geleitet sein. Der Aufnahmeraum
für den
Ventilkolben der Überströmventileinrichtung 10 steht über eine
Volumenausgleichsverbindungsleitung 18 mit der Rücklaufleitung 4 in
Verbindung. Über
die Volumenausgleichsverbindungsleitung 18 erfolgt der
Volumenausgleich des bewegten Ventilkolbens. Je nach Anregung und
Auslegung kann es zu Schwingungen beziehungsweise Resonanzen des
Ventilkolbens kommen. Durch abgestimmte Ventilfedersteifigkeiten
oder Ventilkolbenmassen können
Resonanzverschiebungen vorgenommen werden. Gemäß einem Hauptaspekt der vorliegenden
Erfindung wird die Bewegung des Ventilkolbens bedämpft, wodurch
starke Kolbenschwingungen deutlich vermindert werden können.
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In
der Volumenausgleichsverbindungsleitung 18 ist eine Drossel 19 vorgesehen,
durch welche die Bewegung des Ventilkolbens wirksam bedämpft wird.
Somit können
Druckschwingungen des Ventilkolbens deutlich reduziert werden. Durch
eine weichere Ventilfeder kann eine steile Kennlinie realisiere werden.
Dadurch wird ein möglichst
konstanter Druck im Innenraum der Pumpe (konstante Schmierbedingungen
für das
Triebwerk) sowie vor der Zumessventileinrichtung 8 (hohe
Mengenzumessgenauigkeit) erreicht. Die Drossel 19 dämpft zusätzlich Druckschwingungen,
die aus der Zulaufleitung 2 beziehungsweise der Rücklaufleitung 4 auf
den Ventilkolben wirken könnten,
und beruhigt dadurch ebenfalls den Druck im Innenraum sowie vor
der Zumessventileinrichtung 8.
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In 2 ist
eine Überströmventileinrichtung 20 detailliert
im Längsschnitt
dargestellt. Die Überströmventileinrichtung 20 umfasst
ein Überströmventileinrichtungsgehäuse 21,
das aufgrund seiner Gestalt auch als Hohlschraube bezeichnet wird.
Die Hohlschraube 21 weist einen Sechskantkopf 22 auf, der
eine Montage der Hohlschraube 21 mit Hilfe eines herkömmlichen
Schraubenschlüssels
ermöglicht.
Außerdem
weist die Hohlschraube 21 ein Außengewinde 23 auf,
mit Hilfe dessen die Hohlschraube 21 in ein komplementär ausgebildetes
Innengewinde einer Aufnahmebohrung eines (nicht dargestellten) Pumpengehäuses eingeschraubt
wird.
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Die
Hohlschraube 21 weist eine zentrale Durchgangsbohrung 25 auf,
die sich in axialer Richtung über
die gesamte Länge
der Hohlschraube 21 erstreckt. Im Bereich des Sechskantkopfes 22 ist
die zentrale Durchgangsbohrung 25 durch eine Dichtkugel 28 druckdicht
verschlossen. An der Dichtkugel 28 liegt ein Ende einer
Ventilfeder 30 an, die in einem Abschnitt der zentralen
Durchgangsbohrung 25 aufgenommen ist, der einen Aufnahmeraum 31 für einen Ventilkolben 32 bildet.
Bei der Ventilfeder 30 handelt es sich um eine Schraubendruckfeder,
die zwischen der Dichtkugel 28 und einer Stirnseite des
Ventilkolbens 32 angeordnet ist. Der Ventilkolben 32 umfasst einen
Führungsabschnitt 33,
einen mittleren Abschnitt 34 und einen weiteren Führungsabschnitt 35. Die
Abschnitte 33 bis 35 haben jeweils die Gestalt von
geraden Kreiszylindern. Der Außendurchmesser der
Führungsabschnitte 33 und 35 ist
an den Innendurchmesser der zentralen Durchgangsbohrung 25 angepasst
und kann beispielsweise zwischen 4 und 6 mm betragen. Der optionale
mittlere Abschnitt 34 weist einen kleineren Außendurchmesser
als die Führungsabschnitte 33 und 35 auf.
Im Bereich des mittleren Abschnitts 34 weist die Hohlschraube 21 eine
Querbohrung 38 auf, welche die zentrale Durchgangsbohrung 25 schneidet
und eine Absteuerbohrung darstellt. Durch einen Pfeil 39 ist
aus der Absteuerbohrung 38 austretendes Medium angedeutet. Es
kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen des Öffnungsdrucks der Überströmventileinrichtung 20 durch
den Ventilkolben 32 bei dessen Hub die Absteuerbohrung 38 vollständig freigegeben
wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass durch den Ventilkolben 32 abhängig vom
anstehenden Druck und damit abhängig
vom Hub des Ventilkolbens 32 unterschiedlich große Durchflussquerschnitte
der Absteuerbohrung 38 freigegeben werden. Hierbei kann
vorgesehen sein, dass anstelle wenigstens einer Absteuerbohrung 38 wenigstens
eine Absteueröffnung
vorhanden ist, die einen nichtkreisförmigen Querschnitt, beispielsweise
einen rechteck-, dreieck- oder
trapezförmigen
Querschnitt aufweist. Dabei wird durch den Ventilkolben 32 insbesondere
mit zunehmendem Hub ein größerer Durchflussquerschnitt freigegeben.
Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass mehrere zueinander in
Längsrichtung
des Ventilkolbens 32 voneinander beabstandete Absteueröffnungen
vorhanden sind, die durch den Ventilkolben 32 mit zunehmendem
Hub nacheinander aufgesteuert werden. Die Absteueröffnungen
können
dabei mit unterschiedlichen Leitungen verbunden sein, beispielsweise
kann eine erste Absteueröffnung
mit der Rücklaufleitung 4 verbunden
sein und eine zweite Absteueröffnung
mit einer in die Pumpe 1 führenden Leitung verbunden sein.
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Das
dem Sechskantkopf 22 abgewandte Ende 40 der Hohlschraube 21 weist
eine Eintrittsöffnung
für das
Medium auf, wie durch einen Pfeil 41 angedeutet ist. Die
Eintrittsöffnung
ist durch ein perforiertes Sicherungselement 42 abgedeckt,
das ein Herausrutschen des Ventilkolbens 32 aus der Hohlschraube 21 verhindert.
Durch die Perforation des Sicherungselements 42 wird sichergestellt,
dass das Medium ungehindert durch die Eintrittsöffnung am Ende 40 der
Hohlschraube 21 in die zentrale Durchgangsbohrung 25 gelangt.
Das Sicherungselement 42 kann auch anders gestaltet sein.
Radial außen weist
die Hohlschraube 21 an dem Ende 40 eine Ringnut
auf, in der ein O-Ring 44 aufgenommen ist. Der O-Ring 44 dient
dazu, einen Druckausgleich zwischen der Eintrittsöffnung und
der Absteuerbohrung 38 außen an der Hohlschraube 21 vorbei
zu verhindern.
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Das
Ende 40 wird im eingebauten Zustand der Hohlschraube 21 so
mit einer Zulaufleitung (2 in 1) einer
Pumpe in Verbindung gebracht, dass die der Dichtkugel 28 abgewandte
Stirnseite des Ventilkolbens 32 mit dem zu fördernden
Medium beaufschlagt wird. Wenn der Druck auf den Ventilkolben 32 größer als
die Summe von Federkraft der Ventilfeder 30 und der resultierenden
Kraft aus dem Druck in dem Aufnahmeraum 31 wird, dann bewegt
sich der Ventilkolben 32 auf die Dichtkugel 28 zu,
bis die Absteuerbohrung 38 nicht mehr von dem Ventilkolben 32 verschlossen
wird. Dabei bewegt sich der Ventilkolben 32 in den Aufnahmeraum 31,
in dem die Ventilfeder 30 aufgenommen ist, hinein, so dass
dessen Volumen reduziert wird.
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Von
dem Aufnahmeraum 31 erstreckt sich eine Volumenausgleichsbohrung 48 in
radialer Richtung nach außen.
Die Volumenausgleichsbohrung 48 ermöglicht einen Volumenausgleich,
wenn sich der Ventilkolben 32 in der zentralen Durchgangsbohrung 25 hin
und her bewegt. Die Volumenausgleichsbohrung 48 steht im
eingebauten Zustand der Hohlschraube 21 mit einer Druckentspannungsleitung
(4 in 1) in Verbindung, die auch als
Rücklaufleitung bezeichnet
wird. Über
die Rücklaufleitung
wird der Aufnahmeraum 31 mit Medium gefüllt. In der Volumenausgleichsbohrung 48 ist
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Drosselstelle 49 ausgebildet, die der Drossel 19 gemäß 1 entspricht.
Durch die Drosselstelle 49 in der Ausgleichsbohrung 48 wird die
Bewegung des Ventilkolbens 32 wirksam bedämpft. Dadurch
können
Druckschwingungen des Ventilkolbens 32 deutlich reduziert
werden. Der Durchmesser der Drosselstelle kann beispielsweise zwischen
0,1mm und 1mm betragen. Durch eine relativ weiche Ventilfeder 30 kann
eine steile Kennlinie realisiert werden. Dadurch wird ein möglichst
konstanter Druck im Innenraum der Pumpe (1 in 1) sowie
vor der Zumessventileinrichtung 8 erreicht. Die Drosselstelle 49 dämpft zusätzlich Druckschwingungen,
die aus der Zulaufleitung (2, 9 in 1)
beziehungsweise der Rücklaufleitung
(4, 14 in 1) auf den
Ventilkolben 32 wirken könnten.
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Alternativ
kann die Drosselstelle auch außerhalb
der Überströmventileinrichtung 20 zum
Beispiel in einer Niederdruckbohrung eines Pumpengehäuses angeordnet
werden. Allerdings ist dann eine zusätzliche interne Dichtstelle
erforderlich, die den Raum vor der Absteuerbohrung vom Raum vor
der Ausgleichsbohrung trennt.