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Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung und eine Pumpe mit der Ventilvorrichtung.
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Ventilvorrichtungen werden in vielfältigen hydraulischen Vorrichtungen eingesetzt, so zum Beispiel bei einer Pumpe, die zum Pumpen von Fluid ausgebildet ist. Pumpen sind beispielsweise zur Förderung von Fluid im Rahmen von Brennkraftmaschinen eingesetzt, insbesondere bei Kraftfahrzeugen. Derartige Pumpen können beispielsweise zur Erzeugung eines hohen Druckes ausgebildet sein und dann beispielsweise als Hochdruckpumpen bezeichnet werden. Hochdruckpumpen werden beispielsweise für Common-Rail-Systeme eingesetzt, bei denen ein gemeinsamer Fluidspeicher, insbesondere für den Kraftstoff vorgesehen ist, in dem das Fluid unter hohem Druck gespeichert wird und von dort aus den Einspritzventilen zugeführt wird.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung bezüglich eines ersten Aspekts zugrunde liegt, ist es eine Ventilvorrichtung zu schaffen, die einerseits kostengünstig herstellbar ist und andererseits eine hohe Robustheit aufweist. Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Pumpe zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und andererseits eine hohe Robustheit aufweist.
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Die jeweilige Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Ventilvorrichtung, die einen Ventilgehäusekörper umfasst mit einer zylinderförmigen Ausnehmung, an deren Wandung ein Ventilsitz ausgebildet ist. Ferner umfasst sie einen Ventilschließkörper mit einem Sitzbereich, der in einer Schließposition des Ventilschließkörpers dichtend an dem Ventilsitz anliegt. Ferner weist der Ventilschließkörper eine zylinderförmige Grundform auf mit im wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Ventilschließkörpers ausgebildeten Nuten zur Strömungsführung von Fluid entlang des Ventilschließkörpers in axialer Richtung. Die Ventilvorrichtung umfasst ferner ein Vorspannelement, das so angeordnet ist, dass es auf den Ventilkörper eine auf den Ventilsitz gerichtete Kraft ausübt.
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Die zylinderförmige Grundform des Ventilschließkörpers im Zusammenwirken mit den parallel zu einer Längsachse des Ventilschließkörpers ausgebildeten Nuten ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung. Andererseits ist durch die Nuten eine günstige und verlustarme Strömungsführung des Fluids möglich und zwar dann, wenn sich der Ventilschließkörper außerhalb seiner Schließposition befindet und somit Fluid durch die zylinderförmige Ausnehmung strömt. Darüber hinaus kann der Sitzbereich einfach geeignet ausgebildet werden, um auch bei einem großen Sitzwinkel eine gute dichtende Anlage an dem Sitz in der Schließposition zu gewährleisten. Durch die zylinderförmige Grundform kann im Zusammenwirken mit der Wandung der zylinderförmigen Ausnehmung darüber hinaus eine sehr gute Führung in axialer Richtung des Ventilschließkörpers gewährleistet werden. Dadurch kann besonders wirkungsvoll erreicht werden, dass der Ventilschließkörper zuverlässig in seine Schließposition und auch aus dieser heraus bewegt werden kann. Darüber hinaus ist auch so ohne Weiteres ein großer Sitzwinkel möglich, der zu einer Steigerung der Robustheit insbesondere bei hohen Drücken und qualitativ schlechtem Fluid, insbesondere Kraftstoff, zu einer Steigerung der Robustheit führt. Auf diese Weise kann ein deutlich besseres Verhalten insbesondere im Rahmen eines Schließvorgangs gewährleistet werden, als dies ohne Weiteres bei einem reinen kugelförmigen Schließkörper der Fall ist. Darüber hinaus sind die Nuten besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
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Durch die zylinderförmige Grundform wird darüber hinaus ein Beitrag geleistet zu einem niedrigen Verschleiß während des Betriebs der Ventilvorrichtung und zwar insbesondere des Ventilschließkörpers.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist das Vorspannelement eine Feder. Auf diese Weise kann das Vorspannelement besonders einfach ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist die Feder so ausgebildet, dass sie sich in axialer Richtung hin zu dem Ventilschließkörper verjüngt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass sich ein Windungsdurchmesser von Windungen der Feder verjüngt. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Feder in axialer Richtung hin zu dem Ventilschließkörper konisch verjüngt. Durch das Verjüngen kann besonders einfach ein Beitrag geleistet werden, dass eine widerstandsarme Führung der Strömung in der zylinderförmigen Ausnehmung gewährleistet ist und somit die Ventilvorrichtung einen guten Wirkungsgrad aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verjüngt sich die Feder in axialer Richtung hin zu dem Ventilschließkörper derart, dass in einem Bereich einer Federauflage der Feder an dem Ventilschließkörper der Windungsdurchmesser derart vorgegeben ist, dass in diesem Bereich die Feder maximal einen von Nuten freien Querschnittsbereich des Ventilschließkörpers überdeckt. Auf diese Weise kann eine besonders günstige Strömungsführung des Fluids in der Ausnehmung gewährleistet werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Pumpe mit einem Pumpengehäuse, das eine Zulaufleitung mit einem Einlassventil und einer Zylinderkammer umfasst, wobei auslassseitig der Zylinderkammer eine Auslassleitung angeordnet ist, in der ein Auslassventil ausgebildet ist, das eine Ventilvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Ventilvorrichtung,
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2 einen Ventilschließkörper in einer Seitenansicht,
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3 den Ventilschließkörper in einer Frontansicht und
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4 eine Pumpe mit der Ventilvorrichtung.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine Ventilvorrichtung (1) weist einen Ventilgehäusekörper 1 auf, in dem eine zylinderförmige Ausnehmung 3 ausgebildet ist. Die zylinderförmige Ausnehmung 3 kann beispielsweise entlang ihrer axialen Erstreckung auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. An der Wandung der zylinderförmigen Ausnehmung 3 ist ein Ventilsitz 5 ausgebildet, der beispielsweise konisch ausgebildet sein kann. Der Ventilschließkörper 7 ist in der zylinderförmigen Ausnehmung 3 beweglich angeordnet. Der Ventilschließkörper 7 hat einen Sitzbereich 9, der in einer Schließposition des Ventilschließkörpers 7 dichtend an dem Ventilsitz 5 anliegt. Der Sitzbereich 9 ist bevorzugt sphärisch ausgebildet.
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Der Ventilschließkörper hat eine zylinderförmige Grundform mit im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 11 des Ventilschließkörpers 7 ausgebildeten Nuten 13, 15, 17, 19 zur Strömungsführung von Fluid entlang des Ventilschließkörpers 7 in axialer Richtung. Die Nuten 13, 15, 17, 19 können beispielsweise mittels Fräsen in den Ventilschließkörper 7 eingebracht sein. Durch die zylinderförmige Grundform des Ventilschließkörpers 7 kann in den Bereichen der Mantelfläche des Ventilschließkörpers, die von den Nuten ausgespart sind, an der zylinderförmigen Oberfläche eine besonders gute Führung in der zylinderförmigen Ausnehmung 3 gewährleistet werden. Dazu sind in diesen Bereichen Führungsflächen 20 ausgebildet.
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Ferner ist ein Vorspannelement vorgesehen, das so angeordnet ist, dass es auf den Ventilschließkörper 7 eine auf den Ventilsitz 5 gerichtete Kraft ausübt. Das Vorspannelement ist beispielsweise als Feder 21 ausgebildet. Die Feder 21 ist an einem axialen Ende mittels einer Fixierhülse 22 fixiert. Die Fixierhülse ist bevorzugt mittels einer Pressverbindung in die zylinderförmige Ausnehmung 3 eingebracht und fixiert.
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Durch die axiale Position der Fixerhülse 22 kann insbesondere eine Vorspannkraft, die die Feder 21 auf den Ventilschließkörper 7 in seiner Schließposition ausübt, geeignet eingestellt sein.
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Ferner ist eine Federauflage der Feder 21 an den Ventilschließkörper 7 vorgesehen, an der sich die Feder mit ihrem weiteren axialen Ende abstützt und so die Kraft auf den Ventilschließkörper 7 überträgt. Bevorzugt ist die Feder 21 so ausgebildet, dass sie sich in axialer Richtung zu dem Ventilschließkörper 7 verjüngt und zwar insbesondere konisch, wie dies in der 1 dargestellt ist. Der Windungsdurchmesser der Feder 21 ist bevorzugt derart vorgegeben, dass in dem Bereich um die Federauflage die Feder 21 maximal einen von den Nuten 13, 15, 17, 19 freien Querschnittsbereich des Ventilschließkörpers 7 überdeckt.
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Eine axiale Position des Ventilschließkörpers 7 resultiert aus den auf diesen einwirkenden Kräften. So wird über die entsprechend vorgespannte Feder eine Federkraft in den Ventilgehäusekörper 1 eingekoppelt, die auf den Ventilsitz gerichtet ist. Somit befindet sich der Ventilschließkörper 7 ohne das Einwirken weiterer Kräfte in seiner Schließposition.
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Fluid, das sich in dem Bereich der Ausnehmung 3 findet, der sich von dem Ventilsitz abgewandt von den Nuten 13, 15, 17, 19 des Ventilschließkörpers 7 weg erstreckt, übt eine entgegengesetzt der durch die Feder aufgebrachten Kraft wirkende Kraft auf den Ventilschließkörper 7 aus. Fluid, das sich in dem Bereich der Feder 21 in der Ausnehmung 3 befindet koppelt hingegen auf den Ventilschließkörper 7 eine auf den Ventilsitz 5 gerichtete weitere Kraft ein.
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Abhängig von der Kräftebilanz aller auf den Ventilschließkörper 7 einwirkenden Kräfte befindet sich diese somit in der Schließposition oder bewegt sich aus dieser heraus und befindet sich dann anschließend in einer von der Schließposition verschiedenen Position, in der Fluid durch die Ausnehmung entlang des Sitzes und der Nuten 13, 15, 17, 19 durch die Ausnehmung 3 strömt.
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4 zeigt eine Pumpe, die insbesondere eine Kraftstoffpumpe und insbesondere eine Hochdrückkraftstoffpumpe ist. Die Pumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem eine Zulaufleitung 25 ausgebildet ist. In der Zulaufleitung 25 ist ein Einlassventil 27 angeordnet. Die Zulaufleitung 25 ist über das Einlassventil 27 hin zu einer Zylinder 29 geführt, die ebenfalls in den Pumpengehäuse 23 ausgebildet ist. Ferner ist eine Auslassleitung 31 in den Pumpengehäuse ausgebildet, in der ein Auslassventil 33 angeordnet ist. Die Auslassleitung 31 ist ausgangsseitig mit der Zylinderkammer 29 hydraulisch gekoppelt. Auf die Zylinderkammer 29 wirkt ein Kolben 35 ein, der eine Hubbewegung ausübt und so entsprechend die Pumpvorgänge bewirkt. Der Kolben 35 wird beispielsweise über eine Nockenwelle angetrieben.
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Das Auslassventil 33 ist als Ventilvorrichtung gemäß der 1 bis 3 ausgebildet. In diesem Zusammenhang bildet insbesondere das Pumpengehäuse 23 den Ventilgehäusekörper 1. Ferner bildet die Auslassleitung 31 insbesondere die zylinderförmige Ausnehmung 3.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilgehäusekörper
- 3
- zylinderförmige Ausnehmung Wandung
- 5
- Ventilsitz
- 7
- Ventilschließkörper
- 9
- Sitzbereich
Schließposition
- 11
- Längsachse
- 13, 15, 17, 19
- Nuten
- 21
- Feder
Fluidpumpe
- 23
- Pumpengehäuse
- 25
- Zulaufleitung
- 27
- Einlassventil
- 29
- Zylinderkammer
- 31
- Auslassleitung
- 33
- Auslassventil
- 35
- Kolben
