-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für eine Pumpe sowie eine Pumpe mit einem Überströmventil gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
-
Ein Überströmventil zur Regelung der Menge einer in der Pumpe zu verdichteten Flüssigkeit ist aus der
DE 10 2011 003 089 bekannt. Dieses Überströmventil wird in einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe eingesetzt, die über eine Mengenregelung verfügt. Der Pumpenkammer der Hochdruckpumpe wird immer nur so viel Kraftstoff zuführt, wie von einer Brennkraftmaschine benötigt, welche durch ein mit der Hochdruckpumpe verbundenes Speicher-Einspritzsystem (Common-Rail-System) versorgt wird. Durch diese Mengenregulierung wird der Energiebedarf der Pumpe für das Verdichten von Flüssigkeit reduziert. Solche Common-Rail-Pumpen weisen üblicherweise zur saugseitigen Mengenregelung eine sogenannte Zumesseinheit (ZME) auf. Die Zumesseinheit dient dazu, die Menge des der Hochdruckpumpe zugeführten Kraftstoffs zu steuern. Dazu weißt die Zumesseinheit ein Überströmventil auf, mit dem der Zulaufdruck des der Hochdruckpumpe zugeführten Kraftstoff möglichst konstant und in einem definierten Druckbereich gehalten wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Überströmventilen ist stromaufwärts einer Zulauföffnung des Überströmventils ein Siebfilter vorgesehen, welcher das Überströmventil vor Partikeleintrag schützen soll. Ein solcher Siebfilter benötigt eine relativ weite Maschenbreite, damit er sich im Betrieb nicht zusetzt und/oder beim Durchströmen zu einer hohen Druckabfall führt. Des weiteren besteht die Gefahr von Gewebebruch in dem Filter aufgrund von Druckpulsationen im Zulaufbereich.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Überströmventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Überströmventil im Bereich Zulauföffnung einen Spaltfilter aufweist, welcher den Eintrag von größeren Partikel in das Überströmventil verhindert und somit einen Verschleiß des Überströmventil oder eine Beschädigung des Überströmventil, insbesondere ein Klemmen des Kolbens durch Partikeleintrag, verhindert oder zumindest reduziert.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des vorgeschlagenen Überströmventils sowie der vorgeschlagenen Pumpe möglich.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Zulauföffnung und die Bohrung zur Führung des Kolbens koaxial zueinander angeordnet sind, insbesondere darin, dass die Bohrung zur Führung des Kolbens als Fortsetzung der Zulauföffnung ausgebildet ist. Dadurch lässt sich diese Bohrung besonders einfach und kostengünstig in einem Bohrprozess ausführen.
-
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Bohrung als gestufte Bohrung ausgeführt ist, wobei die Bohrung auf der der Zulauföffnung zugewandten Seite eine größeren Durchmesser als im Führungsbereich aufweist. Bei dieser Ausführungsform erleichtert sich die Bearbeitung des Kolbens, da ein Kolben mit einem konstanten Durchmesser, d.h. ohne Absätze, verwendet werden kann und der Spaltfilter dadurch ausgebildet wird, dass die Bohrung im Gehäuse im Zulaufbereich geringfügig größer als im Führungsbereich ist.
-
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Durchmesserstufe zwischen dem Durchmesser d4 im Führungsbereich und dem größeren Durchmesser d5 im Bereich der Zulauföffnung von ca. 30–50µm, da bei einer solchen Stufung ein Spaltfilter entsteht, der zum einen eine hohe Filterwirkung erzielt, zum anderen aber nicht zu hohen Drosselverlusten beim Durchströmen des Überströmventils von der Zulauföffnung zu der Absteuerbohrung führt.
-
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Kolben einen Führungsabschnitt aufweist, welcher mit dem Führungsbereich des Gehäuses zusammenwirkt und in diesem Führungsabschnitt einen Durchmesser D1 aufweist, der ca. 10–100µm größer ist, als ein Druchmesser D2 an einem der Zulauföffnung zugewandten Ende des Kolbens. In dieser Ausführungsvariante wird der Spaltfilter dadurch erzeugt, dass die Bohrung im Gehäuse einen konstanten Durchmesser aufweist, und der Kolben zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ende zumindest eine Stufe aufweist, so dass im Bereich der Zulauföffnung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ein Spaltfilter entsteht.
-
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Durchmesser D1 ca. 30–50µm größer als der Durchmesser D2 ist, da daraus ein Spaltfilter resultiert, der zum einen eine hohe Filterwirkung aufweist, zum anderen aber nicht zu unnötig hohen Strömungsverluste (Drosselwirkung) zwischen Kolben und Gehäuse führt.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Überströmventils besteht darin, dass die mindestens eine Absteuerbohrung bei geschlossenem Überströmventil von dem Führungsabschnitt des Kolbens verschlossen ist. Vollständig verschlossen bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass die Absteuerbohrung hydraulisch dicht verschlossen ist, sondern lediglich, dass außer der Führungsleckage keine weitere Flüssigkeit durch die Absteuerbohrung strömt. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass bei geschlossem Überströmventil nur wenig Flüssigkeit über die Leckage in den Tank zurückströmt und somit eine Versorgungspumpe entsprechend klein und energiesparend dimensioniert werden kann.
-
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass mindestens eine Absteuerbohrung bei geschlossenem Überströmventil zumindest teilweise freigegeben ist. Durch diese Ausführungsform wird sichergestellt, dass Partikel, die aufgrund ihrer Größe in den Spaltfilter eindringen konnten, über die Absteuerbohrung wieder in Richtung des Tanks befördert werden und nicht in den Führungsbereich zwischen Kolben und Gehäuse gelangen. Diese Ausführungsform verfügt bei geringfügig schlechterer Energiebilanz über einen noch weiter verbesserte Schutz gegen Partikel im Führungsbereich.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ende des Kolbens ein Absatz ausgebildet ist, der gegenüber dem Ende und dem Führungsbereich einen kleineren Durchmesser aufweist. Dadurch wird die Drosselstrecke des Spaltfilters somit der Strömungsverlust im Überströmventil reduziert. Zudem können sich in diesem Bereich Partikel, die über den Spaltfilter eingedrungen sind, zumindest kurzfristig ablagern, so dass sie bei geöffnetem Überströmventil über die Absteuerbohrungen ausgespült werden können, ohne in den Führungsbereich des Überströmventils zu gelangen.
-
Um die Verschleißfestigkeit des Überströmventils weiter zu steigern, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse aus einem verschleißfesten Werkstoff, insbesondere Stahl, ausgeführt ist. Je härter und zäher der Werkstoff für das Gehäuse, desto geringer ist der abrasive Verschleiß durch Partikeleintrag. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Kolben aus einem Werkstoff ausgeführt ist, welcher gegenüber seinem tribologischen Partner im Gehäuse eine geringe Reibung aufweist, um hier auch bei schlechter Schmierung, beispielsweise bei schlechter Kraftstoffqualität oder fehlender Schmierung den Verschleiß gering zu halten.
-
Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überströmventils.
-
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Überströmventils.
-
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überströmventils.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In der 1 ist erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überströmventils 10 dargestellt. Ein solches Überströmventil 10 kann beispielsweise in einem Niederdruckkreislauf eines Kraftstoff-Einspritzsystems eingesetzt werden, in dem eine Vorförderpumpe Kraftstoff aus einem Tank zu einer Zumesseinheit fördert, mit der die Kraftstoffmenge geregelt wird, die einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems zugeführt wird.
-
Da die Vorförderpumpe in der Regel ein konstantes Fördervolumen aufweist, wird in der Zumesseinheit nicht benötigter Kraftstoff über das Überströmventil 10 und eine Rückführleitung zurück in den Tank gefördert. Das Überströmventil 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem ein Kolben 30 in einer Bohrung 26 des Gehäuses 20 beweglich angeordnet ist. Der Kolben 30 weißt einen Führungsabschnitt 35 auf, der mit einem Führungsbereich 25 des Gehäuses 20 zusammenwirkt, so dass der Kolben 30 im Gehäuse 20 geführt ist. Die Bohrung 26 ist einseitig durch eine Ventilfederhalter 40, der in die Bohrung 26 eingesetzt und in der Bohrung 26 fixiert ist, hydraulisch dicht verschlossen. Zwischen dem Kolben 30 und dem Ventilfederhalter 40 bildet sich ein Federraum 47 aus, in dem die Ventilfeder 41 angeordnet ist. Dabei ist die Ventilfeder 41 an ihrem einen Ende durch einen Absatz am Ventilfederhalter 40 und an ihrem anderen Ende durch einen Absatz 45 am Kolben 30 geführt. In dem Gehäuse 20 ist eine Drossel 49 ausgebildet, welche den Federraum 47 mit einer Bohrung 48 verbindet, so dass der Federraum 47 über die Drossel 49 und die Bohrung 48 be- und entlüftet werden kann. An einem dem Ventilfeder gegenüberliegenden Ende 23 des Gehäuses 20, weist das Gehäuse 20 eine Zulauföffnung 22 auf, über die eine Flüssigkeit in das Überströmventil 10 einströmen kann. Die Zulauföffnung 22 mündet in der Bohrung 26, wobei die Bohrung 26 im dargestellten einfachsten Fall die direkte Verlängerung der Zulauföffnung 22 ist. Das der Zulauföffnung 22 zugewandte Ende 32 des Kolbens 30 weißt einen Durchmesser D2 auf, welcher kleiner ist als ein Durchmesser D1 im Führungsabschnitt 35 des Kolbens 30. Zwischen dem Gehäuse 20 und dem Ende 32 des Kolbens 30 ergibt sich auf diese Weise ein Ringspalt 36, wobei der Ringspalt 36 eine Spaltbreite von etwa 30µm aufweist. In Strömungsrichtung der Flüssigkeit schließt sich an das Ende 32 des Kolbens ein Bereich 33 des Kolbens 30 an, bei dem der Durchmesser D3 gegenüber dem Durchmesser D2 am Ende 32 des Kolbens 30 reduziert ist. Der Führungsabschnitt 35 des Kolbens 30 verdeckt bei geschlossenem Überströmventil 10 die Absteuerbohrung 24, welche senkrecht zur Bohrung 26 in das Gehäuse 20 eingebracht ist. Zwischen dem Führungsabschnitt 35 des Kolbens 30 und dem Führungsbereich 25 des Gehäuses 20 ist ein Ringspalt 37 ausgebildet, so dass die Absteuerbohrung 24 nicht hydraulisch dicht verschlossen ist, sondern stehts eine Leckagemenge durch den Ringspalt 37 über die Absteuerbohrung 24 zurück in den Tank fließt. Die Bohrung 26 weißt über ihre gesamte Länge einen konstanten Durchmesser d4 auf, welcher ca. 10µm größer als der Durchmesser D1 des Kolbens 30 ist. An der Außenseite des Gehäuses 20 sind zwei Dichtelemente 42, 43 angeordnet.
-
Bei Umgebungsdruck ist die Ventilfeder 41 entspannt und schiebt den Kolben 30 an eine Ausgangsposition in Richtung der Zulauföffnung 22, wobei nur eine geringe Flüssigkeitsmenge über die Zulauföffnung 22 und den Ringspalt 36 in des Überströmventil 10 einströmt und von dort als Leckage über den Ringspalt 37 und die Absteuerbohrung 24 zurück in den Tank strömt. Unter einem hydraulischen Druck auf die Flüssigkeit verformt sich die Ventilfeder 41 und der Kolben 30 verschiebt sich in Richtung des Ventilfederhalters 40, bis die Flüssigkeit, im Falle eines Überströmventils einer Zumesseinheit einer Krafstoffhochdruckpumpe der Kraftstoff, durch die Absteuerbohrung 24 entweichen kann, wodurch Druckschwankungen in der Zumesseinheit weitestgehend neutralisiert werden können und der Zulaufdruck für die Hochdruckpumpe auf ein konstantes Niveau eingeregelt wird. Durch den Ringspalt 36 ist die maximale Partikelgröße, die in das Überströmventil 10 eindringen kann, begrenzt, so dass der Ringspalt 36 als Spaltfilter wirkt. Die Dichtungen 42, 43 erleichtern den Einbau des Überströmventils in ein Gehäuse, insbesondere in das Gehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
-
Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich bei weitestgehend gleichem Aufbau zur 1 darin, dass der Bereich 33 des Kolbens 30 länger ist und der Kolben somit bei geschlossenem Überströmventil (d.h. bei entspannter Ventilfeder 41) die Absteuerbohrung 24 nur teilweise verdeckt. Diese Ausführung führt zu einer höheren Leckage, jedoch werden Partikel, die über den Ringspalt 36 in das Überströmventil 10 eingedrungen sind, über diesen Leckagestrom wieder ausgespült, wodurch der Führungsbereich 25 bzw. der Ringspalt 37 zwischen Führungsbereich 25 und Führungsabschnitt 35 zusätzlich vor Partikeleintrag geschützt wird. Alternativ kann auch das Ende 32 des Kolbens 30 Länger und der Bereich 33 in identischer Länge wie im Ausführungsbeispiel zu 1 ausgeführt werden.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überströmventils 10. Bei weitestgehend gleichem Aufbau wie in 1 wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Die Bohrung 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel als gestufte Bohrung ausgeführt, wobei die Bohrung in einem ersten, der Zuführöffnung 22 zugewandten Abschnitt einen Durchmesser d5 aufweist, der ca. 30–60µm größer als der Durchmesser d4 im Führungsbereich 25 der Bohrung 26 ist. Der Kolben 30 weist an seinem Ende 32 einen Durchmesser D2 auf, welcher in dieser Ausführungsform gleich dem Durchmesser D1 im Führungsabschnitt ist.
-
Alternativ kann allen Ausführungsbeispielen auch exzentrisch zur Bohrung 26 angeordnet sein, beispielsweise als Schrägbohrung, welche in den Ringspalt 36 mündet. In den 1 bis 3 sind Überströmventile mit jeweils zwei Absteuerbohrungen 24 dargestellt, es sind jedoch auch Ausführungsvariante mit nur einer Absteuerbohrung 24 oder mehr als zwei Absteuerbohrungen möglich, wobei die Absteuerbohrungen bevorzugt auf einem Lochkreis angeordnet sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
