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Die Erfindung betrifft ein Auslassventil für eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Auslassventil, beispielsweise eine Benzin- oder Diesel-Einspritzpumpe, insbesondere eine Common-Rail-Hochdruckpumpe.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art mit einem gattungsgemäßen Auslassventil geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 024 042 A1 hervor. Die Hochdruckpumpe besitzt einen Auslassstutzen mit einer Auslassbohrung, in der ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil eingesetzt ist. Das Auslassventil umfasst ein in der Auslassbohrung verschiebbar geführtes Ventilelement, das entgegen der Federkraft eines das Ventilelement in Richtung eines Dichtsitzes beaufschlagenden Federelementes aufsteuerbar ist. Das Federelement ist hierzu einerseits am Ventilelement, andererseits an einem Federhalter abgestützt, der lagefixiert in die Auslassbohrung des Auslasstutzens eingesetzt ist. Das Ventilelement weist eine mit dem Dichtsitz des Auslassventils zusammenwirkende kalottenförmige Dichtfläche auf. Vorzugsweise setzt an die kalottenförmige Dichtfläche ein erster hohlzylindrischer Abschnitt mit radialen Durchbrüchen an, der gegenüber einem zweiten hohlzylinderförmigen Abschnitt, der als Führungsabschnitt dient und einen dem Innendurchmesser der Auslassbohrung angepassten Außendurchmesser besitzt, radial zurückspringt. Über den radialen Rücksprung und die Durchbrüche kann bei geöffnetem Ventil das Fluid, vorzgusweise der Kraftstoff abfließen.
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Eine Weiterentwicklung des vorstehend genannten Auslassventils offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 009 243 A1 . Um eine wirbelartige Strömung im Bereich der Durchbrüche des Ventilelementes zu vermeiden wird ein pilzförmiges Ventilelement vorgeschlagen, das verschiebbar in einem Federhalter mit axial verlaufenden Bohrungen gelagert ist. Die axial verlaufenden Bohrungen dienen als Abslussbohrungen, so dass die Fluidströme im Wesentlichen laminaren Charakter besitzen. Verluste aufgund Fluidreibung können somit gering gehalten werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Auslassventil mit einem Ventilelement anzugeben, das ein verbessertes Dichtverhalten aufweist. Ferner soll das Auslassventil einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Auslassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Auslassventil entsprechend Anspruch 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Auslassventil für eine Hochdruckpumpe umfasst ein in einer Auslassbohrung verschiebbar lagerbares Ventilelement, das eine mit einem Ventilsitz der Auslassbohrung zusammenwirkende kalottenförmige Dichtfläche besitzt. Erfindungsgemäß ist das Ventilelement zweiteilig ausgeführt und umfasst eine Führungsbuchse sowie einen in der Führungsbuchse mit radialem Spiel aufgenommenen Schließkörper, so dass ein Axialversatz zwischen der Längsachse A der Auslassbohrung und dem Ventilsitz über das Ventilelement ausgleichbar ist.
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Das zweiteilige Ventilelement hat gegenüber dem einteiligen Ventilelement den Vorteil, dass eine Funktionsaufteilung möglich ist. Die Führungsfunktion innerhalb der Auslassbohrung wird von der Führungsbuchse und die Dichtfunktion von dem Schließkörper übernommen. Da der Schließkörper gegenüber der Führungsbuchse aufgrund des radialen Spiels beweglich ist, können beide Funktionen unabhängig voneinander ausgeübt werden. Ein Axialversatz zwischen der Längsachse der Auslassbohrung und dem Ventilsitz muss demnach nicht länger fertigungstechnisch vorgehalten werden, sondern wird durch den in der Führungsbuchse beweglich aufgenommenen Schließkörper ausgeglichen. Die kalottenförmige Dichtfläche am Schließkörper gewährleistet dabei einen optimalen Dichtsitz. Das Ventilschließelement eines erfindungsgemäßen Auslassventils weist somit ein verbessertes Schließverhalten und eine verbesserte Führung auf. Demzufolge wird die Dichtheit des Auslassventils verbessert, was ferner zu einer Optimierung des Rückpulsverhaltens führt. Das heißt, dass Rückpulsationen verringert werden, die zu einer stärkeren Belastung der Hochdruckpumpe im Bereich der Rollenabstützung am Nocken führen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schließkörper pilzförmig ausgebildet und umfasst einen radial zurückspringenden Bereich zum Einsetzen in die Führungsbuchse und einen radial vorspringenden Bereich zur Ausbildung der kalottenförmigen Dichtfläche.
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Weiterhin bevorzugt besitzt die Führungbuchse eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme des Schließkörpers, wobei der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung größer als der Außendurchmesser des aufzunehmenden Teils, vorzgusweise des radial zurückspringenden Bereichs, des Schließkörpers gewählt ist. Dadurch ist ein radiales Spiel zwischen der Führungsbuchse und dem Schließkörper gewährleistet, das die Beweglichkeit des Schließköpers und damit ein selbständiges Ausrichten des Schließkörpers in Bezug auf den Ventilsitz sicherstellt. Die Aufnahmebohrung ist vorzugsweise in einem Bodenbereich der Führungsbuchse ausgebildet. Vorzugsweise ist dann die Führungsbuchse topfförmig ausgebildet.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Führungsbuchse und/oder der Schließkörper eine radial verlaufende Anlagefläche als Mitnehmerkante besitzen. Die Mitnehmerkante gewährleistet einen Formschluss zwischen Führungsbuchse und Schließkörper in axialer Richtung zur Realisierung einer gemeinsamen Öffnungs- oder Schließbewegung. Vorteilhafterweise ist eine radial verlaufende Anlagefläche sowohl an der Führungsbuchse als auch am Schließkörper ausgebildet. Als radiale Anlagefläche der Führungsbuchse kann beispielsweise der Bodenbereich dienen. Sofern das Schließelement pilzförmig ausgebildet ist, dient hier der radiale Versprung zwischen den beiden Bereichen mit unterschiedlichem Durchmesser als ringförmige radiale Anlagefläche.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die radial verlaufende Anlagefläche des Schließkörpers Ausnehmungen zur Ausbildung von Abflussnuten. Die Ausnehmungen weisen vorzugsweise eine Segmentform auf, das heißt, dass sie vorzugsweise von radial verlaufenden Nutflanken begrenzt werden. Über die Abflussnuten gelangt bei geöffnetem Ventil das abströmende Fluid in den Ringraum zwischen der Aufnahmebohrung der Führungsbuchse und dem radial zurückspringenden Bereich des Schließkörpers, wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage des Schließkörpers in Bezug auf die Führungsbuchse der Ringraum umlaufend mit gleichbleibender radialer Breite oder sich verändernder radialer Breiter ausgebildet sein kann. Durch das radiale Spiel bzw. den symmetrisch oder asymmetrisch ausgeblideten Ringraum ist jedoch stets ein ausreichender Strömungsquerschnitt gewährleistet.
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Weiterhin bevorzugt besteht das Ventilelement aus Metall oder Kunststoff, beispielsweise aus faserverstärktem PEEK. Das Ventilelement weist somit eine hohe Verschleißfestigkeit auf. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Ventilelement als Kaltschlagteil hergestellt ist. Dadurch können die Herstellungskosten gering gehalten werden.
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Ferner wird eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Auslassbohrung beansprucht, in welche ein erfindungsgemäßes Auslassventil eingesetzt ist. Dadurch wird eine Hochdruckpumpe bereitgestellt, bei welcher die Belastung im Bereich der Rollenabstützung am Nocken aufgrund eines optimierten Rückpulsverhaltens des Auslassventils herabgesetzt ist. Die Hochdruckpumpe weist somit eine lange Lebensdauer auf.
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Ein erfindungsgemäßes Auslassventil wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe,
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2 einen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Auslassventil,
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3 einen Längsschnitt durch das Ventilelement eines erfindungsgemäßen Auslassventils und
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4 eine perspektivische Ansicht des Schließkörpers des Ventilelementes der 4.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in 1 dargestellte bekannte Hohdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil 15, auch Zylinderkopf genannt, mit einer Bohrung 16 zur Ausbildung eines Pumpenarbeitsraumes 17, sowie einen in der Bohrung 16 aufgenommenen hubbeweglichen Pumpenkolben 18 zur axialen Begrenzung des Pumpenarbeitsraumes 17. In Verlängerung der Bohrung 16 ist eine Zulaufbohrung 19 ausgebildet, in welche ein Zulaufventil 20 eingesetzt ist. Über das Zulaufventil gelangt Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 17, der dort verdichtet und dann über eine vom Pumpenarbeitsraum 17 abzweigende Auslassbohrung 1 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt wird. In die Auslassbohrung 1 ist ein Auslassventil 21 eingesetzt, das als Rückschlagventil ausgebildet ist und erst bei Überschreiten eines bestimmten Grenzdrucks im Pumpenarbeitsraum 17 öffnet. Das Auslassventil 21 umfasst ein kugelförmiges Ventilelement 2, das über die Federkraft eines Federelementes 22 in Anlage mit einem in der Auslassbohrung 1 ausgebildeten Ventilsitz 3 gehalten wird. Das Federelement 22 ist hierzu einerseits am Ventilelement 2 und andererseits an einem hülsenförmigen Federhalter 23 abgestützt, der in der Auslassbohrung 1 lagefixiert ist.
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Der 2 ist eine ebenfalls bereits bekannte alternative Ausführungsform eines in eine Auslassbohrung 1 einer Hochdruckpumpe einsetzbaren Ventilelementes 2 zu entnehmen. Das Ventilelement 2 weist anstelle einer Kugelform eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form auf, wobei die mit dem Ventilsitz 3 als Dichtfläche 4 zusammenwirkende Stirnfläche kalottenförmig ausgebildet ist. Zudem ist der an die Dichtfläche 4 anschließende Teil des Hohlzylinders mit einem verringerten Außendurchmesser ausgeführt, so dass zwischen der Auslassbohrung 1 und dem Ventilelement 2 ein Ringraum 24 als Strömungsweg für den Kraftstoffausgebildet wird, der über Durchbrüche 25 in hydraulischer Verbindung mit dem Hohlraum 26 des Ventilelementes 2 steht.
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3 zeigt ein Ventilelement 2 eines erfindungsgemäßen Auslassventils 21, das im Unterschied zu den Ventilelementen 2 der 1 und 2 zweiteilig ausgeführt ist. Es umfasst als erstes Teil einen pilzförmigen Schließkörper 6, an welchem eine kalottenförmige Dichtfläche 4 ausgebildet ist und als zweites Teil eine Führungsbuchse 5 mit einer Aufnahmebohrung 9, in welcher ein radial zurückspringender Bereich 7 des pilzförmigen Schließkörpers 6 einsetzbar bzw. eingesetzt ist. Dabei ist der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 9 größer als der Außendurchmesser des radial zurückspringenden Bereichs 7 des Schließkörpers 6 gewählt, so dass ein radiales Spiel zwischen dem Schließkörper 6 und der Führungsbuchse 5 verbleibt. Das radiale Spiel ermöglicht eine Bewegung des Schließkörpers 6 relativ zur Führungsbuchse 5, so dass etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen, insbesondere ein Axialversatz zwischen der Auslassbohrung 1 und dem Ventilsitz 3, hierüber ausgleichbar sind. Der Schließkörper richtet sich dabei selbstständig auf den Ventilsitz 3 aus, so dass ein optimaler Dichtsitz bzw. eine sehr gute Dichtigkeit gewährleistet ist. Zugleich bleibt über die zentriert angeordnete Führungsbuchse 5 eine optimale Führung des Ventilelementes 2 innerhalb der Auslassbohrung 1 erhalten.
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Um einen Formschluss in axialer Richtung zwischen der Führungsbuchse 5 und dem Schließkörper 6 zu bewirken, ist sowohl an der Führungsbuchse 5, als auch am Schließkörper 6 eine radial verlaufende Anlagefläche 11, 12 ausgebildet. Der Formschluss gewährleistet eine gemeinsame axiale Öffnungs- und Schießbewegung der beiden Teile des Ventilelementes 2. Eine erste radial verlaufende Anlagefläche 11 bildet ein Bodenbereich 10 der Führungsbuchse 5 aus. Hieran liegt der pilzförmige Schließkörper 6 mit einer radial verlaufenden ringförmigen Anlagefläche 12 an, die den radial zurückspringenden Bereich 7 mit einem radial vorspringenden Bereich 8 verbindet. Wie der 4 zu entnehmen ist, weist die radial verlaufende Anlagefläche 12 mehrere segmentförmige Ausnehmungen 13 auf, die Abflussnuten ausbilden. Alternativ oder ergänzend können entsprechende Ausnehmungen 13 auch in der radial verlaufenden Anlagefläche 11 der Fürhungsbuchse 5 ausgebildet sein, wobei die Form der Abflussnuten beliebig gewählt sein. Ein möglicher Strömungsweg des Kraftstoffs ist mittels der Pfeile in 3 angedeutet.
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Aus den 3 und 4 geht ferner hervor, dass der Schließkörper 6 an seinem der Dichtfläche 4 abgewandten Ende eine Zentrierkonus 14 aufweisen kann. Dadurch wird das Einsetzen des Schließkörpers 6 in die Führungsbuchse 5 erleichtert. Darüber hinaus ist der Übergangsbereich der Aufnahmenbohrung 9 in den Bodenbereich 10 gerundet ausgeführt.
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Das in den 3 und 4 dargestellte zweiteilige Ventilelement 2 eines erfindungsgemäßen Auslassventils 21 ist analog zur 1 in eine Auslassbohrung 1 einer Hochruckpumpe einsetzbar. Dementsprechend ist an der Führungsbuchse 5 des Ventilelementes 2 ein Federelement 22 abgestützt, dessen Federkraft die Führungsbuchse 5 und damit den Schließkörper 6 in Richtung des Ventilsitzes 3 beaufschlagt. Als Stützfläche dient vorzugsweise der Bodenbereich 10 der Führungsbuchse 5. Zur weiteren Abstützung des Federelementes 22 kann in der Auslassbohrung ein Federhalter 23 entsprechend der 1 und 2 eingesetzt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005024042 A1 [0002]
- DE 102008009243 A1 [0003]
