DE102019204027B4

DE102019204027B4 - Geräuscharmes Druckregelventil

Info

Publication number: DE102019204027B4
Application number: DE102019204027.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Gustowski
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: DE102019204027A1

Abstract

Druckregelventil für ein Fluid mit einem Gehäuse (1), einem Fluideinlass (2) in das Gehäuse (1), einem Fluidauslass (2) aus dem Gehäuse (1), einem im Gehäuse (1) angeordneten Ventilkörper (3), der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, und einem den Ventilsitz gegen den Ventilkörper (3) pressenden Federelement, wobei der Ventilsitz von einem bewegbaren Hohlkolben (4) gebildet ist, der ab einem vorgegebenen Druck des einströmenden Fluides vom Ventilkörper (3) abgehoben wird und einen Durchlass zwischen Hohlkolben (4) und Ventilkörper (3) freigibt, über den das Fluid über eine Öffnung (11) in den Hohlkolben (4) strömt und von dort zum Auslass (10) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlkolben (4) ein dessen Öffnung (11) umgebendes und vom eingeführten Fluid nach oben zum Auslass (10) durchströmtes flexibles Hohlelement (7) angeordnet ist, dessen Durchflussquerschnitt geringer ist als der des Hohlkolbens (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckregelventil für ein Fluid mit einem Gehäuse, einem Fluideinlass in das Gehäuse, einem Fluidauslass aus dem Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten Ventilkörper, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, und einem den Ventilsitz gegen den Ventilkörper pressenden Federelement, wobei der Ventilsitz von einem bewegbaren Hohlkolben gebildet ist, der ab einem vorgegebenen Druck des einströmenden Fluides vom Ventilkörper abgehoben wird und einen Durchlass zwischen Hohlkolben und Ventilkörper freigibt, über den das Fluid über eine Öffnung in den Hohlkolben strömt und von dort zum Auslass gelangt.
Derartige Druckregelventile oder Druckentlastungsventile sind bekannt. Ein derartiges Ventil ist beispielsweise in der DE 10 2004 048 386 B4 beschrieben. Das Ventil ist als Druckregler für eine Kraftstoff-Fördereinheit eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und dient zur Verbindung eines Fluideinlasses mit einem Fluidauslass oberhalb eines vorgegebenen Drucks. Es umfasst einen Ventilkörper und einen Ventilsitz und weist ein Federelement zur Vorspannung des Ventilsitzes gegen den Ventilkörper auf. Der Ventilkörper ist hierbei in spezieller Weise ausgebildet.
Im Einzelnen übt hierbei das in das Ventilgehäuse einströmende Fluid (Kraftstoff) einen Druck auf eine Membran aus, die den bewegbaren Hohlkolben nach oben vom Ventilkörper weg bewegt. Das Fluid kann dann durch den zwischen Ventilkörper und Hohlkolben gebildeten Durchlass in den Hohlkolben und von dort zum Auslass strömen, wodurch der Fluiddruck reduziert wird.
Derartige Ventile haben jedoch den Nachteil, dass während ihrer Tätigkeit unerwünschte Geräusche entstehen. Wenn Druck abgebaut wird, indem das Fluid durch den als kleinen Spalt ausgebildeten Durchlass zwischen Hohlkolben und Ventilkörper strömt, findet aufgrund der geringen Größe des Durchlasses eine große Beschleunigung des Fluides statt, wodurch ein signifikanter Druckabfall entsteht (nahe am Siedepunkt des Fluides). Hierdurch bilden sich Anhäufungen von Blasen im Fluid, wobei jede Blase einen einzelnen Druckimpuls erzeugt. Alle Impulse zusammen generieren ein großes Spektrum von Frequenzen, das eine zu Vibrationen führende Erregung des Systems bewirkt.
Hierbei hängen die Größe und Menge der gebildeten Blasen vom Durchsatz und der Durchlassgröße ab, die wiederum vom Durchsatz abhängig ist. Insbesondere bei niedrigen Durchsätzen und bei einem extrem kleinen Durchlass werden Mikroblasen in einer großen Menge erzeugt, die zu einem Fluidnebel führen. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Ausbildung von derartigen Mikroblasen bei einem relativ geringen Fluiddurchsatz zu einem Erregerfrequenzspektrum in einem höheren Bereich führt als der Frequenzbereich von Blasen mittlerer/größerer Größe. Eine spezielle Frequenz dieses hohen Spektrums liegt dabei im Bereich der Eigenfrequenz des Ventiles, wodurch unerwünschte Geräusche mit hoher Tonlage (Quietschgeräusche) erzeugt werden.
Die Druckschrift DE 102 01 298 A1 offenbart ein Druckeinstellventil, das ein Geräusch eines Kraftstoffdruckeinstellventils ungeachtet der Durchflussmenge eines Kraftstoffs verringert. Das Ventil weist einen von einem beweglichen Kolben gebildeten Ventilsitz auf, der mit einem Ventilkörper, der in einem Gehäuse des Ventils angeordnet ist, zusammenwirkt.
Die Druckschrift DE 10 2004 048 386 B4 offenbart einen Druckregler für eine Kraftstoff-Fördereinheit eines Kraftfahrzeuges mit einem Ventil zur Verbindung eines Anschlusses mit einem Auslass oberhalb eines vorgesehenen Drucks in dem Anschluss, mit einem Ventilkörper und einem Ventilsitz.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, dessen Funktionsweise sich durch besondere Geräuscharmut auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Druckregelventil der angegebenen Art dadurch gelöst, dass im Hohlkolben ein dessen Öffnung umgebendes und vom eingeführten Fluid nach oben zum Auslass durchströmtes flexibles Hohlelement angeordnet ist, dessen Durchflussquerschnitt geringer ist als der des Hohlkolbens.
Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass die vorstehend erwähnte Blasenentwicklung, die letztendlich zu der unerwünschten Geräuschbildung führt, weitgehend vermieden werden kann, wenn das Fluid nach Passieren des engen Durchlasses zwischen Ventilkörper und Ventilsitz über einen relativ zum Hohlkolben verengten Durchlassquerschnitt zum Fluidauslass geführt wird. Die mit einer derartigen Anordnung erzielten Ergebnisse belegen dies jedenfalls, obwohl momentan keine vollständige Erklärung für den erreichten Wirkmechanismus geliefert werden kann. Vorzugsweise wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Hohlelementes ein Durchflussquerschnitt erzielt, der weniger als die Hälfte des Durchflussquerschnittes des Hohlkolbens beträgt.
Nach dem Passieren des durch das Hohlelement vorgesehenen engen Durchflussquerschnittes gelangt das Fluid vorzugsweise in den größeren Durchflussquerschnitt des Hohlkolbens und von dort zum Gehäuseauslass, dessen Durchflussquerschnitt beispielsweise zwischen dem des Hohlkolbens und dem des Hohlelementes liegen kann.
Das flexible Hohlelement ist vorzugsweise als flexibler Trichter ausgebildet, dessen Durchflussquerschnitt sich vorzugsweise bis zum oberen Ende nicht verändert oder sich entsprechend verengt. Besonders bevorzugt ist daher das flexible Hohlelement als flexibler Hohlzylinder ausgebildet. Eine Erweiterung des Durchflussquerschnittes in Richtung zum Auslass ist auch möglich.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Hohlelement ist flexibel aflusgebildet, um die vorstehend beschriebene Wirkungsweise zu erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung ist in der Öffnung des Hohlkolbens ein Deflektor angeordnet, an dessen Ausgang sich das Hohlelement befindet.
Die mit der Erfindung durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass durch die Anordnung eines derartigen Hohlelementes, insbesondere in Verbindung mit einem Deflektor, im Hohlkolben unerwünschte Geräusche, insbesondere Quietschgeräusche, sofort zumindest weitgehend verschwinden. So wird hierdurch die Ausbildung von Mikroblasen gestoppt, die als Erregerquelle für die unerwünschte Geräuschbildung angesehen werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt der Hohlkolben im Schnitt U-Form und erstreckt sich das Hohlelement bis in den oberen Hohlkolbenbereich. Wie bereits erwähnt, kann dann bis zum Fluidauslass eine entsprechende Durchflusserweiterung auftreten, da in diesem Bereich der vom Hohlkolben gebildete größere Durchflussquerschnitt passiert wird.
Das Hohlelement weist zweckmäßigerweise eine offene Oberseite auf. Insbesondere bei einer hohlzylindrischen Ausbildung steht daher hier die gesamte Oberseite als Durchflussquerschnitt für das Fluid zur Verfügung.
Das Federelement, das den vom Hohlkörper gebildeten Ventilsitz gegen den Ventilkörper presst bzw. vorspannt, ist vorzugsweise zwischen Hohlelement und Hohlkolben angeordnet. Hierfür kann beispielsweise eine geeignete Schraubenfeder Verwendung finden.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Druckregelventil besitzt ferner zweckmäßigerweise eine Membran, auf die der Fluiddruck vom Fluideinlass einwirkt und die den Hohlkolben bewegt. Herrscht daher auf der Einlassseite ein Überdruck, der die vorgegebene Druckgrenze übersteigt, so wird die Membran von dem von unten in das Ventilgehäuse eingeführten Fluid nach oben gedrückt und bewegt hierdurch den Hohlkolben aufwärts, wodurch der Durchlass zwischen Ventilkörper und der den Ventilsitz bildenden Unterseite des Hohlkolbens erzeugt wird, durch den Fluid zur Druckregelung abgeführt wird.
Der Ventilkörper selbst hat zweckmäßigerweise die Form einer Kugelkappe, an die der Ventilsitz angepasst ist. Hierdurch wird ein besonders sicherer Verschluss des Ventiles erreicht, wenn der Druck auf der Einlassseite unter dem vorgegebenen Druck liegt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Druckregelventil.
Das in der Figur dargestellte Druckregelventil besitzt ein Gehäuse 1 in Glockenform, in dem die Ventilteile angeordnet sind. Das Gehäuse 1 hat einen unten am Ventil angeordneten Fluideinlass 2 und einen oben am Ventil vorgesehenen Fluidauslass 10. Es dient dazu, dann, wenn der Druck eines über den Einlass 2 zugeführten Fluides einen vorgegebenen Wert erreicht bzw. übersteigt, einen Durchlass zum Ventilauslass 10 zu öffnen, um auf diese Weise Fluid abzuführen und eine Druckregelung durchzuführen.
Der Einlasspfad des Fluides ist durch einen kugelkappenförmigen Ventilkörper 3 verschlossen, dessen kugelförmige Oberseite mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, welcher an der Unterseite eines bewegbaren Hohlkolbens 4 angeordnet ist. Im geschlossenen bzw. abgesenkten Zustand des Hohlkolbens 4 liegt daher der Ventilsitz am Ventilkörper 5 an und schließt den zum Auslass 10 führenden Fluidpfad.
Ferner ist im Gehäuse eine flexible Membran 6 angeordnet, die an der Unterseite des Holkolbens 4 anliegt. Wenn auf der Einlassseite des Fluides ein Druck vorhanden ist, der einen vorgegebenen Regeldruck übersteigt, wird die Membran 6 in der Figur aufwärts bewegt und bewegt dabei den Hohlkolben 4 nach oben, so dass zwischen Ventilsitz und Ventilkörper 5 ein Durchlass entsteht. Über diesen Durchlass kann dann Fluid nach oben durch eine zentrisch an der Unterseite des Hohlkolbens 4 angeordnete Öffnung 11 an einem Deflektor 9 bis zum Fluidauslass 10 strömen.
Eine Schraubenfeder 8 presst den Ventilsitz des Hohlkolbens 4 gegen den kugelkappenförmigen Ventilkörper 3.
Innerhalb des Hohlkolbens 4 ist ein flexibles Hohlelement 7 (Schlauch) angeordnet, das die Öffnung 11 und den Deflektor 9 umgibt. Das Hohlelement 7 ist hierbei als Hohlzylinder mit offener Oberseite dargestellt, kann jedoch generell in irgendeiner Weise trichterförmig ausgebildet sein, um den Durchflussquerschnitt des durch die Öffnung 11 eindringenden Fluides zu beschränken. Bei der hier dargestellten Ausführungsform beträgt der Durchflussquerschnitt des Hohlelementes 7 weniger als die Hälfte des Durchflussquerschnittes des Hohlkolbens 4. Das Hohlelement 7 erstreckt sich vom Boden des Hohlkolbens 4 bis über die Mitte der Höhe des Hohlkolbens 4 hinaus.
Das den Durchlass verlassende und durch die Öffnung 11 in den Hohlkolben 4 eindringende Fluid tritt daher in das vorgesehene Hohlelement 7 ein, wodurch der Durchflussquerschnitt relativ zum Hohlkolben 4 eingeschränkt wird. Auf diese Weise wird die gewünschte Geräuschminderung bei der Operation des Druckregelventiles erreicht.

Claims

Druckregelventil für ein Fluid mit einem Gehäuse (1), einem Fluideinlass (2) in das Gehäuse (1), einem Fluidauslass (2) aus dem Gehäuse (1), einem im Gehäuse (1) angeordneten Ventilkörper (3), der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, und einem den Ventilsitz gegen den Ventilkörper (3) pressenden Federelement, wobei der Ventilsitz von einem bewegbaren Hohlkolben (4) gebildet ist, der ab einem vorgegebenen Druck des einströmenden Fluides vom Ventilkörper (3) abgehoben wird und einen Durchlass zwischen Hohlkolben (4) und Ventilkörper (3) freigibt, über den das Fluid über eine Öffnung (11) in den Hohlkolben (4) strömt und von dort zum Auslass (10) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlkolben (4) ein dessen Öffnung (11) umgebendes und vom eingeführten Fluid nach oben zum Auslass (10) durchströmtes flexibles Hohlelement (7) angeordnet ist, dessen Durchflussquerschnitt geringer ist als der des Hohlkolbens (4).
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Hohlelement (7) als flexibler Trichter ausgebildet ist.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Hohlelement (7) als flexibler Hohlzylinder ausgebildet ist.
Druckregelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (11) des Hohlkolbens (4) ein Deflektor (9) angeordnet ist, an dessen Ausgang sich das Hohlelement (7) befindet.
Druckregelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkolben (4) im Schnitt U-Form besitzt und sich das Hohlelement (7) bis in den oberen Hohlkolbenbereich erstreckt.
Druckregelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlelement (7) eine offene Oberseite aufweist.
Druckregelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) zwischen Hohlelement (7) und Hohlkolben (3) angeordnet ist.
Druckregelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Membran (6) besitzt, auf die der Fluiddruck vom Fluideinlass (2) einwirkt und die den Hohlkolben (4) bewegt.
Druckregelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) die Form einer Kugelkappe aufweist.