DE102010040169A1 - Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung und korrespondierende Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden - Google Patents

Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung und korrespondierende Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung mit einem Grundkörper (12), welcher mindestens eine Drosselstelle (14) mit einem vorgebbaren Öffnungsquerschnitt umfasst, sowie eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einer solchen Drosselvorrichtung. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper (12) zumindest im Bereich der mindestens einen Drosselstelle (14) federnd ausgebildet ist, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einer solchen Drosselvorrichtung.
  • Kolbenpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden in Fahrzeugbremsanlagen häufig Radialkolbenpumpen mit mehreren Pumpelementen zur Förderung von Druckmitteln verwendet, bei welchen wenigstens ein Kolben mittels eines Exzenters hin und her bewegt werden kann. Typischerweise bestehen diese sogenannten Pumpenelemente aus einem Kolben, einer häufig als Zylinder ausgebildeten Kolbenlauffläche, Einlass- und Auslassventilen sowie Dichtelementen. Die Ventile dienen der Fluidsteuerung bei der Pumpbewegung des Kolbens. Hierbei dient das Einlassventil dazu, das Fluid während der Verdichtungsphase nicht in den Ansaugraum zurückströmen zu lassen, das Auslassventil verhindert die Rückströmung des Fluids von der Druckseite in den Pumpeninnenraum. Typischerweise sind diese Ventile als federbelastete Kugelventile ausgebildet, wobei der Abströmkanal für das Auslassventil durch einen so genannten Auslassventildeckel und den Pumpenzylinder gebildet wird und das Auslassventil im Auslassventildeckel untergebracht ist.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 002 740 A1 wird beispielsweise eine Kolbenpumpe zur Bremsdruckregelung in einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage beschrieben. Die beschriebene Kolbenpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, eine im Pumpengehäuse angeordnete Aufnahmebohrung für die Kolbenpumpe und einen die Aufnahmepumpe nach außen verschließenden Ventildeckel, in welchem ein Auslassventil und erste und zweite Kanalabschnitte eines Abströmkanals untergebracht sind. Die Abströmgeometrie beeinflusst das Geräuschverhalten der Kolbenpumpe und wird deswegen meist mit einer geeigneten Verjüngung des Abströmkanals ausgeführt, welche dann eine Drosselwirkung darstellt.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2006 027 555 A1 wird beispielsweise eine Kolbenpumpe mit reduzierter Geräuschentwicklung beschrieben. Die beschriebene Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden umfasst einen Kolben, ein Zylinderelement und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum, welcher von einem Deckel abgeschlossen ist, wobei das Auslassventil einen als Kugel ausgeführten Schließkörper, eine auf den Schließkörper wirkende als Spiralfeder ausgeführte Vorspanneinrichtung, ein Basiselement zum Abstützen der Vorspanneinrichtung und ein Scheibenelement umfasst, und wobei ein Dichtsitz des Auslassventils am Scheibenelement angeordnet ist. Durch die Verwendung des Scheibenelements soll sichergestellt werden, dass Bauteiltoleranzen verschiedener Bauteile der Kolbenpumpe sich nicht negativ auf das Auslassventil auswirken können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich ein Grundkörper der Drosselvorrichtung bei ansteigender Druckdifferenz dynamisch verhält. Das bedeutet, dass ein Öffnungsquerschnitt von mindestens einer Drosselstelle in Abhängigkeit von der Druckdifferenz variabel eingestellt wird.
  • Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Grundkörper der Drosselvorrichtung federnd auszubilden, so dass sich die Drosselvorrichtung bei ansteigender Druckdifferenz dynamisch verhält. Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung ist so konzipiert, dass sie bei Abweichungen wie Drucküberhöhungen bei Tieftemperaturen oder einem höheren Volumenstrom in vorteilhafter Weise federnd nachstellen bzw. öffnen kann. Dadurch kann ein erhöhter Innendruck beispielsweise in einer Kolbenpumpe vermieden werden und damit eine Beschädigung von Bauteilen. Damit kann eine kostenoptimierte Auslegung der Bauteile auf gleichem Druckniveau erfolgen. Im „Normalbetrieb” innerhalb des linearen Verhaltens des Fluids wird die Drosselstelle durchströmt. Wächst aufgrund der Temperaturänderung die Viskosität und somit der Strömungswiderstand an, wird der Querschnitt der Drosselstelle leicht federnd vergrößert. Durch eine definierte, einseitige Abströmrichtung der Drosselvorrichtung kann der Schließkörper des Auslassventils der Kolbenpumpe in eine Vorzugslage indiziert werden, welche sich positiv auf das Geräuschverhalten der Kolbenpumpe auswirkt.
  • Die erfindungsgemäße dynamische Drosselvorrichtung ermöglicht durch den federnden Grundkörper, welcher an der Drosselstelle einen Abströmkanal aufweist, dass sich der Abströmkanal bei einem hochviskosem Zustand des Fluids weitet, so dass sich an der Drosselvorrichtung eine nahezu konstante Druckdifferenz einstellt. Durch die erfindungsgemäße dynamische Drosselscheibe reduzieren sich Antriebsleistung, sowie die Belastung der kraftübertragenden Einzelteile wie Lager, Kolben, Hochdruckdichtringe usw. Durch die Formgebung des Grundkörpers sowie der Drosselstelle kann das Drosselverhalten auf die Funktion abgestimmt werden. Somit ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Drosselvorrichtung eine Qualitätsverbesserung des Fluidsystems in welchem sie eingesetzt werden. Als weiterer Vorteil kann durch das dynamische Verhalten der Drosselvorrichtung ein Zusetzen der Drosselstelle in vorteilhafter Weise verhindert werden. Dies kann bei zukünftigen Konstruktionen bei geeignetem Design zur Kostenersparnis ausgenutzt werden. Die erfindungsgemäße Drosselvorrichtung kann nicht nur in Verbindung mit einer Kolbenpumpe sondern auch für andere Baugruppen des Fluidsystems verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung umfasst einen Grundkörper mit mindestens einer Drosselstelle mit einem vorgebbaren Öffnungsquerschnitt. Erfindungsgemäß ist der Grundkörper zumindest im Bereich der mindestens einen Drosselstelle federnd ausgebildet, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle in Abhängigkeit von der Druckdifferenz variabel einstellbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden umfasst einen Kolben, ein Zylinderelement und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil angeordneten Druckraum, welcher von einem Deckel abgeschlossen ist, wobei in der Fluidströmung nach dem Auslassventil eine erfindungsgemäße Drosselvorrichtung angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann beispielsweise in einer Fahrzeugbremsanlage zur Förderung von Druckmitteln verwendet werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung und der im unabhängigen Patentanspruch 9 angegebenen Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der Grundkörper im Bereich der mindestens einen Drosselstelle mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel aufweist, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt. Die mindestens eine Drosselstelle weist beispielsweise einen von der Druckdifferenz unabhängigen minimalen Öffnungsquerschnitt und/oder maximalen Öffnungsquerschnitt auf. Das bedeutet, dass die Drosselstelle im unbelasteten Zustand einen Abströmkanal mit einem vorgegebenen minimalen Öffnungsquerschnitt aufweist. Zusätzlich oder alternativ, kann der maximale Querschnitt des Abströmkanals der Drosselstelle im belasteten Zustand beispielsweise durch einen Anschlag begrenzt werden. Der minimale Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle kann in vorteilhafter Weise auf einen Volumenstrom in einem vorgegebenen Temperaturbereich von vorzugsweise 0°C bis 120°C optimiert werden. Auf Grund von Temperaturänderung ändert sich auch die Viskosität des Fluids und somit der Strömungswiderstand an der Drosselstelle. Dadurch wird die Drosselstelle nun zusätzlich aufgeweitet, so dass sich durch das federnde Verhalten der freie Querschnitt der Drosselstelle vergrößert bzw. ein neuer freier Querschnitt einstellt. Dadurch steigt die Druckdifferenz an der Drosselstelle in vorteilhafter Weise, insbesondere bei niedrigen Temperaturen nicht an und andere Bauteile des Fluidsystems werden nicht beschädigt.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmen gewählte Federeigenschaften und/oder eine gewählte Bauform des Grundkörpers und/oder eine gewählte Bauform der mindestens einen Drosselstelle das dynamische Verhalten des Öffnungsquerschnitts der mindestens einen Drosselstelle bei Druckdifferenzänderungen. Der Grundkörper kann beispielsweise mehrere Federschenkel umfassen, welche die Form und Abmessungen der mindestens einen Drosselstelle bestimmen. Die Drosselstelle kann so gestaltet sein, dass eine erste Öffnung mit einem bevorzugten Abströmkanal durch zwei erste Federschenkel vorgegeben wird, und eine in Fluidströmungsrichtung nach der ersten Öffnung angeordnete zweite Öffnung mit einem weiteren Abströmkanal durch zwei zweite Federschenkel vorgegeben wird.
  • In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Grundkörper als offener Ring mit zwei Federschenkeln ausgeführt, deren Enden die Form der Drosselstelle bestimmen. So können die Stirnflächen der beiden Federschenkel beispielsweise parallel zueinander verlaufen und einen Abströmkanal bilden, dessen Querschnitt im unbelasteten Zustand über seine Länge gleich bleibt. Alternativ können die Stirnflächen der Federschenkel mit einer Schräge so ausgeführt werden, dass sich der Querschnitt des ausgebildeten Abströmkanals im unbelasteten Zustand in Fluidströmungsrichtung verjüngt. Als weitere Alternative können die Stirnflächen der Federschenkel konisch ausgeführt werden, so dass sich der Querschnitt des ausgebildeten Abströmkanals im unbelasteten Zustand in Strömungsrichtung erst verjüngt und dann wieder aufweitet.
  • In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Grundkörper eine Zentriernase für einen lagerichtigen Einbau aufweisen. Des Weiteren kann der Grundkörper zur Optimierung des Federverhaltens der Federschenkel an der Basis der beiden Federschenkel, d. h. an der der Drosselstelle gegenüberliegenden Seite des offenen Rings, eine Verdickung aufweisen.
  • In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Grundkörper aus Runddraht und/oder Flachdraht und/oder als Stanzteil ausgeführt, was eine kostengünstige Herstellung der Drosselvorrichtung ermöglicht.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist die Drosselvorrichtung zwischen zwei planen Flächen des Zylinderelements und dem Deckel des Auslassventils der Kolbenpumpe eingelegt, wodurch eine einfache Montage der Drosselvorrichtung ermöglicht wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden.
  • 2 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch einen hinteren Bereich der in 1 dargestellten Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden zur Darstellung des Einbauraums einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung.
  • 3 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch einen Deckel des Auslassventils der in 1 und 2 dargestellten Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einer eingelegten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung.
  • 4 bis 13 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung.
  • 14 zeigt ein Kennliniendiagramm mit mehreren Kennlinien zur Darstellung des dynamischen Strömungsverhaltens von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung im Vergleich zu einer Drosselvorrichtung mit konstantem Querschnitt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, umfasst eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 zur Förderung von Fluiden einen Kolben 3, ein Zylinderelement 5, ein Dichtelement 7 und einen Fluidfilter 9, welcher vor einer nicht sichtbaren Einlassöffnung angeordnet ist, hinter der ein nicht sichtbares Einlassventil angeordnet ist. Zwischen dem nicht dargestellten Einlassventil und einem Auslassventil 20 ist im Inneren des Zylinderelements 5 ein Druckraum 5.2 angeordnet, welcher von einem Deckel 16 abgeschlossen ist, in welchem das Auslassventil 20 angeordnet ist. Der Deckel 16 wird auf einem hinteren als Absatz 5.1 ausgeführten Teil des Zylinderelements 5 aufgepresst, so dass zwischen dem Deckel 16 und dem Absatz 5.1 mindestens ein Fluidkanal 16.2 und mindestens eine Abströmöffnung 16.4 ausgebildet sind. Die dargestellte erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 kann beispielsweise in einer nicht dargestellten Aufnahmebohrung eines Pumpengehäuses bzw. eines Fluidblocks angeordnet werden. In die Aufnahmebohrung können quer verlaufende Druckmittelkanäle münden, durch welche Fluid über den Fluidfilter 9 zur Einlassöffnung der Kolbenpumpe 1 hin geführt wird bzw. von der mindestens einen Abströmöffnung 16.4 der Kolbenpumpe 1 weggeführt wird.
  • Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, umfasst das Auslassventil 20 einen an einer Auslassöffnung 5.4 des Druckraums 5.2 angeordneten Dichtsitz 22, einen vorzugsweise als Kugel ausgeführten Schließkörper 24 und eine auf den Schließkörper 24 wirkende Rückstellfeder 26. Im Fluidstrom 18 ist nach dem Auslassventil eine Vorrichtung 10 zum Drosseln des Fluidstroms 18 mit einem Grundkörper 12 und einer Drosselstelle 14 vorgesehen, um die Geräuschbildung zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Zylinderelement 5 und dem Deckel 16 ein Einbauraum 16.6 für die Drosselvorrichtung 10 vorgesehen, der von einer planen Fläche an der Stirnseite des Zylinderelements 5 und von einer planen nach innen abgestuften Fläche des Deckels 16 begrenzt ist. Die Drosselvorrichtung 10 wird vor dem Aufpressen des Deckels 16 auf den Absatz 5.1 des Zylinderelements in den Deckel 16 eingelegt, wie aus 3 ersichtlich ist.
  • Der Deckel 16 kann auf bekannte Weise entweder spanend oder umformend hergestellt werden, wobei sich unter wirtschaftlicher Betrachtung für große Stückzahlen das Umformverfahren anbietet. Die Abströmgeometrie beeinflusst das Geräuschverhalten der Kolbenpumpe 1 und wird deswegen geeignet ausgebildet. Diese Ausbildung ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenpumpen meist eine geeignete Verjüngung des Abströmkanals, welche dann eine Drosselwirkung darstellt. Durch diese Drosselwirkung wird ein hydraulischer Tiefpass erzeugt, welcher sich positiv auf die unerwünschte Geräuschentwicklung auswirkt. Das Verhalten der dynamischen Viskosität der Bremsflüssigkeit im Bereich zwischen 0° und 120°C kann als nahezu konstant angesehen werden und die optimale Drosselwirkung wird für diesen Temperaturbereich definiert. Als Resultat der großen Veränderung der kinematischen Viskosität der Bremsflüssigkeit über den geforderten Temperaturbereich von –40°C bis 120°C belastet die Drossel vor allem bei niederen Temperaturen die druckbelasteten Bauteile der Kolbenpumpe sowie des gesamten Pumpenantriebes. Durch den verengten Querschnitt wird bei niederen Temperaturen eine deutliche erhöhte Flüssigkeitsreibung indiziert, dies führt zu einer deutlichen Überhöhung des Pumpeninnendruckes und daraus resultieren die oben genannten Belastungen.
  • Erfindungsgemäß ist der Grundkörper 12 der Drosselvorrichtung 10 zumindest im Bereich der mindestens einen Drosselstelle 14 federnd ausgebildet, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle 14 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz variabel einstellbar ist. Dadurch sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise in der Lage, ihr Drosselverhalten bzw. ihren Öffnungsquerschnitt dynamisch an die herrschende Druckdifferenz anzupassen. Zu diesem Zweck weist der Grundkörper 12 im Bereich der mindestens einen Drosselstelle 14 mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel auf, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle 14 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die mindestens eine Drosselstelle 14 einen von der Druckdifferenz unabhängigen minimalen Öffnungsquerschnitt auf, der in Abhängigkeit vom gewünschten Drosselverhalten auf einen Volumenstrom in einem vorgegebenen Temperaturbereich von vorzugsweise 0°C bis 120°C optimiert ist. Auf Grund von Temperaturänderung ändert sich auch die Viskosität des Fluids und somit der Strömungswiderstand am vorgegebenen minimalen Drosselquerschnitt der Drosselstelle 14. Durch die federnde Ausführung des Grundkörpers 12 im Bereich der Drosselstelle 14 wird die Drosselstelle 14 aufgeweitet, so dass sich freie Querschnitt vergrößert bzw. ein neuer freier Querschnitt einstellt. Dadurch steigt der Innendruck der Kolbenpumpe 1 in vorteilhafter Weise, insbesondere bei niedrigen Temperaturen nicht an, so dass andere Bauteile der Kolbenpumpe 1 nicht beschädigt werden. Ein von der Druckdifferenz unabhängiger maximaler Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14 kann beispielsweise vom vorhandenen Einbauraum 16.6 oder von einem Anschlag vorgegeben werden. Das dynamische Verhalten des Öffnungsquerschnitts der mindestens einen Drosselstelle 14 bei Druckdifferenzänderungen kann in vorteilhafter Weise durch Auswahl bzw. Vorgabe der Federeigenschaften und/oder der Bauform des Grundkörpers 12 und/oder der Bauform der mindestens einen Drosselstelle 14 bestimmt werden.
  • Wie aus 4 bis 13 ersichtlich ist, ist der Grundkörper 12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332 der Drosselvorrichtung 10, 30, 110, 120, 210, 220, 230, 310, 320, 330 bei den dargestellten Ausführungsformen als offener Ring mit mindestens zwei Federschenkeln 12.1, 12.2, 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 112.1, 112.2, 122.1, 122.2, 212.1, 212.2, 222.1, 222.2, 232.1, 232.2, 312.1, 312.2, 322.1, 322.2, 332.1, 332.2 ausgeführt, deren Enden die Form der jeweiligen Drosselstelle 14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334 bestimmen.
  • Wie aus 4 bis 13 weiter ersichtlich ist, kann der Grundkörper 12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332 der jeweiligen Drosselvorrichtung 10, 30, 110, 120, 210, 220, 230, 310, 320, 330 aus Runddraht und/oder Flachdraht und/oder als Stanzteil hergestellt werden
  • Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 12 der Drosselvorrichtung 10 als Stanzteil mit einer Drosselstelle 14 und einer Zentriernase 12.3 ausgeführt, welche am Grundkörper 12 der Drosselstelle 14 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Zentriernase 12.3 ermöglicht in vorteilhafter Weise einen lagerichtigen Einbau des Grundkörpers 12. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ermöglicht der vorgegebene minimale Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14, deren Form von zwei Federschenkeln 12.1, 12.2 bestimmt wird, bis zu einem durch das Federverhalten bestimmten Grenzdruckdifferenzwert eine zunehmende Fluidströmung 18 durch den Abströmkanal der Drosselstelle 14. Steigt die Druckdifferenz über den Grenzdruckdifferenzwert an, dann werden die beiden Federschenkel 12.1, 12.2 in die durch Pfeile 18.1, 18.2 angezeigte Richtungen gespreizt, so dass sich der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 14 und eine Strömungsmenge Q des Fluids vergrößert und die wirksame Druckdifferenz reduziert werden.
  • 5 zeigt alternativ eine als Stanzteil hergestellte Drosselvorrichtung 30 mit vier Federschenkeln 32.1, 32.2, 32.3, 32.4 und zwei Drosselstellen 34.1, 34.2, welche in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, ermöglicht der vorgegebene minimale Öffnungsquerschnitt der ersten Drosselstelle 34.1, deren Form von zwei ersten Federschenkeln 32.1, 32.2 bestimmt wird, bis zu einem durch das Federverhalten bestimmten Grenzdruckdifferenzwert eine zunehmende Fluidströmung 18 durch den Abströmkanal der Drosselstellen 34.1, 34.2. Steigt die Druckdifferenz über den Grenzdruckdifferenzwert an, dann werden die beiden ersten Federschenkel 32.1, 32.2 in die durch Pfeile 38.1, 36.2 angezeigten Richtungen gespreizt, so dass sich der Öffnungsquerschnitt der ersten Drosselstelle 34.2 und eine Strömungsmenge Q des Fluids vergrößert und die wirksame Druckdifferenz reduziert werden. Analog ermöglicht die zweite Drosselstelle 34.2, deren Form von zwei zweiten Federschenkeln 32.3, 32.4 bestimmt wird, die Vorgabe eines zweiten Grenzdruckdifferenzwertes.
  • Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 112 der Drosselvorrichtung 110 als offener Ring aus Flachdraht mit zwei Federschenkeln 112.1, 112.2 und einer Drosselstelle 114 ausgeführt. Zur Optimierung der Federeigenschaften der Federschenkel 112.1, 112.2 ist am Grundkörper 112 der Drosselstelle 114 gegenüberliegend eine Verdickung 112.4 angeordnet. Die Form des vorgegebenen minimalen Öffnungsquerschnitts der Drosselstelle 114 bestimmen die beiden Federschenkel 112.1, 112.2 durch die Form ihrer Stirnflächen. Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, verlaufen die Stirnflächen der beiden Federschenkel 112.1, 112.2 parallel zueinander und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt im dargestellten unbelasteten Zustand über seine Länge konstant ist. Die Funktionsweise der in 6 dargestellten Ausführungsform entspricht der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Funktionsweise, so dass hier auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 122 der Drosselvorrichtung 120 als offener Ring aus Runddraht mit zwei Federschenkeln 122.1, 122.2 und einer Drosselstelle 124 ausgeführt. Zur Optimierung der Federeigenschaften der Federschenkel 122.1, 122.2 ist am Grundkörper 122 der Drosselstelle 124 gegenüberliegend ebenfalls eine Verdickung 122.4 angeordnet. Analog zu dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen auch bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel die Stirnflächen der beiden Federschenkel 122.1, 122.2 parallel zueinander und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt im dargestellten unbelasteten Zustand über seine Länge konstant ist. Auch die Funktionsweise der in 7 dargestellten Ausführungsform entspricht der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Funktionsweise, so dass hier auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei den in 8 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Grundkörper 212, 222, 232 der Drosselvorrichtungen 210, 220, 230 jeweils als offener Ring aus Runddraht mit jeweils zwei Federschenkeln 212.1, 212.2, 222.1, 222.2, 232.1, 232.1 und jeweils einer Drosselstelle 214, 224, 234 ausgeführt. Die in 8 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich durch die Formen der vorgegebenen minimalen Öffnungsquerschnitte der Drosselstellen 214, 224, 234. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, verlaufen hier die Stirnflächen der beiden Federschenkel 212.1, 212.2 parallel zueinander und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt im dargestellten unbelasteten Zustand über seine Länge konstant ist. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, sind hier die Stirnflächen der beiden Federschenkel 222.1, 222.2 konisch ausgeführt und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt sich im dargestellten unbelasteten Zustand in Strömungsrichtung erst verjüngt und dann wieder aufweitet. Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, sind die Stirnflächen der beiden Federschenkel 232.1, 232.2 hier jeweils mit einer Schräge ausgeführt und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt sich im dargestellten unbelasteten Zustand in Strömungsrichtung verjüngt. Die Funktionsweise der in 8 bis 10 dargestellten Ausführungsformen entsprechen der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Funktionsweise, so dass hier auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei den in 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Grundkörper 312, 322, 332 der Drosselvorrichtungen 310, 320, 330 jeweils als offener Ring aus Flachdraht und/oder als Stanzteil mit jeweils zwei Federschenkeln 312.1, 312.2, 322.1, 322.2, 332.1, 332.1 und jeweils einer Drosselstelle 314, 324, 334 ausgeführt. Die in 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich durch die Formen der vorgegebenen minimalen Öffnungsquerschnitte der Drosselstellen 314, 324, 334. Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, verlaufen hier die Stirnflächen der beiden Federschenkel 312.1, 312.2 parallel zueinander und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt im dargestellten unbelasteten Zustand über seine Länge konstant ist. Wie aus 12 weiter ersichtlich ist, sind hier die Stirnflächen der beiden Federschenkel 322.1, 322.2 konisch ausgeführt und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt sich im dargestellten unbelasteten Zustand in Strömungsrichtung erst verjüngt und dann wieder aufweitet. Wie aus 13 weiter ersichtlich ist, sind die Stirnflächen der beiden Federschenkel 332.1, 332.2 hier jeweils mit einer Schräge ausgeführt und bilden einen Abströmkanal aus, dessen Querschnitt sich im dargestellten unbelasteten Zustand in Strömungsrichtung verjüngt. Die Funktionsweise der in 11 bis 13 dargestellten Ausführungsformen entsprechen der im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Funktionsweise, so dass hier auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird.
  • 14 zeigt ein Kennliniendiagramm mit mehreren Kennlinien zur Darstellung des dynamischen Strömungsverhaltens von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drosselvorrichtung 10, 30, 110, 120, 210, 220, 230, 310, 320, 330 im Vergleich zu einer durch eine Kennlinie K3 repräsentierte Drosselvorrichtung mit einer Drosselstelle, die einen differenzdruckunabhängigen konstantem Querschnitt aufweist. Wie aus 14 weiter ersichtlich ist, steigt die Durchflussmenge Q des Fluids gemäß Kennlinie K3 bei zunehmender Druckdifferenz Δp zunächst stark an und weist dann unabhängig von der zunehmenden Druckdifferenz Δp einen nahezu konstanten Verlauf auf.
  • In 14 repräsentiert eine Kennlinie K2 das dynamische Verhalten der Ausführungsformen aus 6 und 7. Wie aus 14 weiter ersichtlich ist, zeigt die Durchflussmenge Q des Fluids gemäß Kennlinie K1 einen degressiven Verlauf, d. h. die Durchflussmenge Q steigt bei zunehmender Druckdifferenz Δp zunächst langsam an und weist ab einem bestimmten Druckdifferenzgrenzwert einen starken Anstieg auf, um einen weiteren Druckdifferenzanstieg zu verhindern.
  • In 14 repräsentiert eine Kennlinie K3 das dynamische Verhalten der Ausführungsformen aus 8 bis 13. Wie aus 14 weiter ersichtlich ist, zeigt die Durchflussmenge Q des Fluids gemäß Kennlinie K2 einen linearen Verlauf, deren Steigung durch die Ausbildung des Grundkörpers und der Drosselstelle bestimmt werden kann.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise ein sehr gutes NVH-Verhalten (NVH: Noise, Vibration, Harshness). Mittels der federnden Drosselvorrichtung kann bei hochviskosem Zustand des Fluids die Druckdifferenz vor und nach der Drosseleinrichtung in vorteilhafter Weise konstant gehalten werden. Dadurch reduzieren sich die Antriebsleistung, sowie die Belastung der kraftübertragenden Einzelteile wie Lager, Kolben, Hochdruckdichtringe usw. Dies kann bei zukünftigen Konstruktionen bei geeignetem Design zur Kostenersparnis ausgenutzt werden. Des Weiteren kann durch die Formgebung der Drosselstelle das Drosselverhalten in vorteilhafter Weise auf die Funktion abgestimmt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Drosselung einer Fluidströmung mit einem Grundkörper (12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332), welcher mindestens eine Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) mit einem vorgebbaren Öffnungsquerschnitt umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332) zumindest im Bereich der mindestens einen Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) federnd ausgebildet ist, so dass der Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz variabel einstellbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332) im Bereich der mindestens eine Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) mindestens einen den Öffnungsquerschnitt bestimmenden Federschenkel (12.1, 12.2, 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 112.1, 112.2, 122.1, 122.2, 212.1, 212.2, 222.1, 222.2, 232.1, 232.2, 312.1, 312.2, 322.1, 322.2, 332.1, 332.2) aufweist, welcher den Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz einstellt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) einen von der Druckdifferenz unabhängigen minimalen Öffnungsquerschnitt und/oder maximalen Öffnungsquerschnitt aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Öffnungsquerschnitt der mindestens einen Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) auf einen Volumenstrom in einem vorgegebenen Temperaturbereich von vorzugsweise 0°C bis 120°C optimiert ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass gewählte Federeigenschaften und/oder eine gewählte Bauform des Grundkörpers (12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332) und/oder eine gewählte Bauform der mindestens einen Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) das dynamische Verhalten des Öffnungsquerschnitts der mindestens einen Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) bei Druckdifferenzänderungen bestimmen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332) als offener Ring mit zwei Federschenkeln (12.1, 12.2, 32.1, 32.2, 32.3, 32.4, 112.1, 112.2, 122.1, 122.2, 212.1, 212.2, 222.1, 222.2, 232.1, 232.2, 312.1, 312.2, 322.1, 322.2, 332.1, 332.2) ausgeführt ist, deren Enden die Form der Drosselstelle (14, 34.1, 34.2, 114, 124, 214, 224, 234, 314, 324, 334) bestimmen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) eine Zentriernase (12.3) für einen lagerichtigen Einbau aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12, 32, 112, 122, 212, 222, 232 312, 322, 332) aus Runddraht und/oder Flachdraht und/oder als Stanzteil ausgeführt ist.
  9. Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden, welche einen Kolben (3), ein Zylinderelement (5) und einen zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil (20) angeordneten Druckraum (5.2) umfasst, welcher von einem Deckel (16) abgeschlossen ist, wobei in der Fluidströmung (18) nach dem Auslassventil Mittel (10, 30, 110, 120, 210, 220, 230, 310, 320, 330) zum Drosseln der Fluidströmung (18) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel als Vorrichtung (10, 30, 110, 120, 210, 220, 230, 310, 320, 330) zur Drosselung einer Fluidströmung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt sind.
  10. Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselvorrichtung (10, 30, 110, 120, 210, 220, 230, 310, 320, 330) zwischen zwei planen Flächen des Zylinderelements (5) und dem Deckel (16) eingelegt ist.
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