DE102020102540A1

DE102020102540A1 - Fluidversorgungssystem mit Steuerventil zur Versorgung eines oder mehrerer Fluidverbraucher

Info

Publication number: DE102020102540A1
Application number: DE102020102540.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Scheidemann; Sven Peters
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Fluidversorgungssystem, das zur Versorgung eines oder mehrerer Fluidverbraucher (H, Q) eines Kraftfahrzeugs mit Fluid eine Pumpe (P1) und ein Steuerventil (V) umfasst, das Steuerventil (V) umfassend:1.1 einen Ventilkolben (10), der aus einer ersten Kolbenposition in eine erste Axialrichtung bis wenigstens in eine zweite Kolbenposition beweglich ist,1.2 einen an eine Hochdruckseite der Pumpe (P1) angeschlossenen Einlass (I),1.3 einen Auslass (N, O) zur Verbindung mit einer Niederdruckseite der Pumpe (P1) oder einem Fluidverbraucher (Q) des Kraftfahrzeugs,1.4 wobei der Ventilkolben (10) in einer der Kolbenpositionen den Auslass (N, O) vom Einlass (I) trennt und1.5 in der anderen der Kolbenpositionen eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (N, O) zulässt, wobei1.6 der Ventilkolben (10) einen axialen Dichtabschnitt (13) und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt (13) axial begrenzende Steuerkante (16) aufweist, um die Verbindung von Einlass (I) und Auslass (N, O) zu steuern, und1.7 die Steuerkante (16) relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte (14a, 15a), nämlich einen oder mehrere in die erste Axialrichtung vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und einen oder mehrere in die erste Axialrichtung nachlaufende Umfangsabschnitte (14a), aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidversorgungssystem mit Steuerventil zur Versorgung eines oder mehrerer Fluidverbraucher mit Fluid. Fluidversorgungssystem, wie die Erfindung sie insbesondere betrifft, werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise zur Förderung von Schmiermitteln und/oder Kühlmitteln und/oder Hydraulikfluid eingesetzt. Derartige Fluidversorgungssysteme umfassen für gewöhnlich wenigstens eine Pumpe zur Förderung des Fluids sowie ein Steuerventil, welches die Fluidförderung steuert. Das erfindungsgemäße Steuerventil kann beispielsweise als ein einfaches Bypassventil ausgebildet sein, welches in Abhängigkeit des Fluiddrucks auf der Hochdruckseite der Pumpe die Fluidförderung der Pumpe zu einem Verbraucher unterbricht oder aber als Steuerventil, welches beispielsweise die Förderung von Fluid zu einem neben dem Hauptverbraucher bestehenden weiteren Fluidverbraucher steuert. Dabei kann das Steuerventil den Fluidfluss zum Fluidverbraucher beispielsweise trennen und/oder verbinden.
Bekannte Fluidversorgungssysteme umfassen für gewöhnlich ein Steuerventil mit einem Ventilgehäuse, Ventilraum und einem Ventilkolben, welcher innerhalb des Ventilraums gegen eine Kraft axial hin und her beweglich gelagert ist und dessen Außenumfangsfläche eine Dichtfläche bildet, welche mit dem Ventilgehäuse in Dichtkontakt steht. Die Dichtfläche wird dabei durch die Oberfläche eines kreiszylindrischen Abschnitts des Ventilkolbens gebildet, welcher in axialer Richtung durch eine Steuerkante begrenzt wird. Durch die Dichtfläche werden wenigstens ein Einlass und ein Auslass des Steuerventils fluidisch voneinander getrennt und durch eine Axialbewegung des Ventilkolbens fluidkommunizierend miteinander verbunden. Dabei wird die Verbindung bei herkömmlichen Steuerventilen schlagartig durch Überlappen der Steuerkannte des Ventilkolbens mit dem Auslass und/oder dem Einlass des Steuerventils hergestellt, wodurch herkömmliche Fluidversorgungssysteme häufig anfällig für Druckschwankungen sind und sensitiv reagieren wodurch sie unter anderem schwingungsanfällig sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Fluidversorgungssystem und insbesondere ein Steuerventil bereitzustellen, welches unter anderem schwingungsunanfälliger ist. Die Aufgabe wird durch ein Fluidversorgungssystem und insbesondere durch ein Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Fluidversorgungssystem umfasst wenigstens eine Pumpe und ein Steuerventil. Die Pumpe kann durch eine herkömmliche Fluidpumpe, insbesondere Rotationspumpe, mit oder ohne verstellbaren Fördervolumen, beispielsweise Flügelzellenpumpe oder Innenzahnradpumpe, gebildet sein. Das Steuerventil kann beispielsweise zur Steuerung der Versorgung eines Fluidverbrauchers, beispielsweise eines Motor, Getriebes oder einer Hydraulikeinrichtung, mit Fluid der Pumpe, insbesondere Schmieröl, Kühlmittel oder Hydraulikmittel, oder alternativ zur Abregelung der Pumpe vorgesehen sein. Bevorzugterweise dient die Pumpe der Versorgung eines Getriebes mit Schmieröl. Das Steuerventil kann als Bypassventil zur Unterbrechung der Fluidförderung bei beispielsweise zu hohen Fluiddrücken ausgebildet sein oder als Wegeventil, welches beispielsweise einen zusätzlichen Verbraucher zuschaltet.
Das Steuerventil ist bevorzugt zwischen der Pumpe und dem Fluidverbraucher angeordnet und lässt eine Förderung des Fluids von der Pumpe zu dem Fluidverbraucher zu oder unterbindet diese. Das Steuerventile umfasst einen Ventilkolben, welcher in einem Ventilraum eines Ventilgehäuses axial beweglich gelagert ist, sowie wenigstens einen Einlass und wenigstens einen Auslass.
Das Steuerventil, insbesondere das Ventilgehäuse, umfasst wenigstens einen Einlass zum Einströmen des Fluids in den Ventilraum und wenigstens einen Auslass zum Ausströmen des Fluids aus dem Ventilraum. In bevorzugten Ausführungen ist der Einlass mit der Hochdruckseite der Pumpe fluidkommunizierend verbunden, insbesondere permanent verbunden. Der Einlass kann radial oder an einem stirnseitigen Ende des Ventilraums angeordnet sein. Bevorzugterweise ist der Einlass an einem stirnseitigen Ende des Ventilraums durch das Pumpengehäuse in Form einer Fluidkammer, insbesondere einer Hochdruckkammer, gebildet.
Der wenigstens eine Auslass kann zur Verbindung mit dem Fluidverbraucher eines Kraftfahrzeugs oder der Niederdruckseite der Pumpe vorgesehen sein. In bevorzugten Ausführungen dient der Auslass der Verbindung mit dem Fluidverbraucher, wobei das Steuerventil einen weiteren Auslass zur Verbindung mit der Niederdruckseite der Pumpe umfassen kann. Das Steuerventil kann als einfaches Bypassventil mit zwei Schaltstellungen oder als Wegeventil mit drei oder mehr Schaltstellungen ausgebildet sein. In bevorzugten Ausführungen weist das Steuerventil einen Auslass, der zur Verbindung mit dem Fluidverbraucher vorgesehen ist, und einen weiteren Auslass, der zur Verbindung mit der Niederdruckseite der Pumpe vorgesehen ist, auf. Wenigstens einer aus dem Auslass und dem weiteren Auslass kann radial am Steuerventil angeordnet sein. In bevorzugten Ausführungen sind der Auslass und der weitere Auslass radial angeordnet. Die Niederdruckseite der Pumpe erstreckt sich dabei von einem Reservoir der Pumpe über den Pumpeneinlass bis in die Förderkammer der Pumpe.
Der Ventilkolben ist aus einer ersten Kolbenposition in eine erste Axialrichtung bis wenigstens eine zweite Kolbenposition beweglich. Bevorzugt ist der Ventilkolben aus der zweiten Kolbenposition in die erste Axialrichtung bis eine dritte Position beweglich. In bevorzugten Ausführungen ist der Ventilkolben zwischen der ersten Kolbenposition und der zweiten Kostenposition, und insbesondere der dritten Kolbenposition, stetig hin und her beweglich, d.h. der Ventilkolben kann innerhalb des Ventilraums, insbesondere zwischen einem ersten axialen Anschlag und einem zweiten axialen Anschlag, in axialer Richtung jede Position einnehmen. Als erste Axialrichtung wird die Richtung der Ventilkolbenbewegung aus der ersten Kolbenposition in Richtung der zweiten Kolbenposition verstanden.
In einer der Kolbenpositionen, insbesondere in der ersten Kolbenposition, trennt der Ventilkolben den wenigstens einen Auslass, insbesondere den Auslass und den weiteren Auslass, von dem Einlass des Steuerventils. D.h. in einer der Kolbenpositionen nimmt der Ventilkolben eine Sperrposition ein, in welcher kein Fluid von dem Einlass des Steuerventils zu einem der Auslässe des Steuerventils gefördert wird. Die Sperrposition ist bevorzugt die erste Kolbenposition. In der ersten Kolbenposition ist ein Dichtabschnitt des Ventilkolbens mit dem wenigstens einen Auslass und/oder dem wenigstens einem Einlass in vollständiger Überlappung. D.h. in der ersten Kolbenposition kann bevorzugt kein Fluid durch den Einlass in den Ventilraum einströmen und/oder aus dem Ventilraum durch den wenigstens einen Auslass ausströmen. Überlappung des Dichtabschnittes mit einem der Ventilanschlüsse bedeutet, dass man aus Sicht des jeweiligen Anschlusses bzw. durch den jeweiligen Anschluss hindurch nur den Dichtabschnitt sehen kann.
In der anderen Kolbenposition, insbesondere in der zweiten Kolbenposition, lässt das Steuerventil eine Förderung vom Einlass zu wenigstens einem Auslass, insbesondere zu einem mit dem Fluidverbraucher verbundenen Auslass, zu. D.h. in der anderen Kolbenposition nimmt der Ventilkolben eine Teilförderposition ein, in welcher Fluid vom Einlass zu wenigstens einem Auslass gefördert wird. Die Teilförderposition ist bevorzugt die zweite Kolbenposition. In der zweiten Kolbenposition ist der Dichtabschnitt des Ventilkolbens mit dem wenigstens einen Auslass und dem wenigstens einem Einlass nicht oder nur teilweise in Überlappung. D.h. in der zweiten Kolbenposition kann bevorzugt Fluid durch den Einlass in den Ventilraum einströmen und aus dem Ventilraum durch den wenigstens einen Auslass ausströmen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung kann der Ventilkolben aus der zweiten Kolbenposition in die erste Axialrichtung weiter in eine dritte Kolbenposition beweglich sein, wobei das Steuerventil in der dritten Kolbenposition eine Förderung vom Einlass zum Auslass und einen weiteren Auslass zulässt. In der dritten Kolbenposition nimmt der Ventilkolben bevorzugt eine Förderposition ein, in welcher Fluid vom Einlass zum Auslass und den weiteren Auslass gefördert wird. In der dritten Kolbenposition ist der Dichtabschnitt des Ventilkolbens bevorzugt mit dem wenigstens einen Auslass, dem weiteren Auslass und dem wenigstens einem Einlass nicht oder nur teilweise in Überlappung. D.h. in der dritten Kolbenposition kann bevorzugt Fluid durch den Einlass in den Ventilraum einströmen und aus dem Ventilraum durch den wenigstens einen Auslass und einen weiteren Auslass ausströmen. Wobei in der dritten Komposition wenigstens 50 % des Fluids vom Einlass zum Auslass gefördert wird, insbesondere wenigstens 60 %.
Das Steuerventil kann zwischen zwei oder drei Schaltstellungen verstellbar sein. In bevorzugten Ausführungen ist das Steuerventil ein 3/3-Wegeventil. D.h. das Steuerventil weist vorzugsweise drei Anschlüsse auf, welche in drei Schaltstellungen miteinander verbunden oder getrennt werden können.
Der Ventilkolben kann einen axialen Dichtabschnitt und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt axial begrenzende Steuerkante umfassen. Die Steuerkannte dient der Steuerung der Verbindung zwischen Einlass und dem wenigstens einen Auslass. Durch eine Bewegung des Ventilkolbens in die erste Axialrichtung kann die Steuerkante mit wenigstens einem Auslass und/oder dem Einlass in Überlappung gebracht werden. D.h. durch die Überlappung der Steuerkante mit wenigstens einem Auslass und/oder dem Einlass wird die teilweise oder die gänzliche Freigabe der Förderung des Fluids vom Einlass zu dem wenigstens einen Auslass gewährleistet. Überlappung der Steuerkante mit einem der Ventilanschlüsse bedeutet, dass man aus Sicht des jeweiligen Anschlusses bzw. durch den jeweiligen Anschluss hindurch die Steuerkante zumindest teilweise sehen kann oder weder Abschnitte der Steuerkante noch Abschnitte des Dichtabschnitts sehen kann.
Die Steuerkante weist relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte, nämlich einen oder mehrere in die erste Axialrichtung vorlaufende Abschnitte und einen oder mehrere in die erste Axialrichtung nachlaufende Umfangsabschnitte, auf. Dabei bildet die Steuerkante bei einer Abwicklung des Ventilkolbens eine zusammenhängende Linie. Unter dem sogenannten vorlaufenden Umfangsabschnitt oder den sogenannten vorlaufenden Umfangsabschnitten versteht man die Umfangsabschnitte der Steuerkante, welche bei einer Bewegung des Ventilkolben in die erste Axialrichtung vor dem nachlaufenden Umfangsabschnitt oder den nachlaufenden Umfangsabschnitten mit einem der Anschlüsse des Steuerventils überlappen. Demgegenüber werden unter dem nachlaufenden Umfangsabschnitt oder den nachlaufenden Umfangsabschnitte der Steuerkante der oder die Umfangsabschnitte verstanden, welche bei einer Bewegung des Ventilkolbens in die erste Axialrichtung zuletzt mit dem gleichen Anschluss überlappen.
Unter den Begriff Umfangsabschnitt kann sowohl ein einzelner Punkt als auch mehrere zusammenhängende Punkte auf der Oberfläche des Ventilkolbens verstanden werden, wobei alle Punkte jedes einzelnen Umfangsabschnitt gemeinsam die Steuerkante bilden. Wird die Steuerkante beispielsweise durch einen schrägen Zylinderschnitt des Ventilkolbens gebildet so ist unter dem nachlaufenden Umfangsabschnitte der Punkt der Steuerkante zu verstehen, welcher als letztes mit dem wenigstens einen Auslass überlappt, entsprechend bilden die übrigen Punkte einen vorlaufende Umfangsabschnitt.
Die Steuerkante weist bevorzugt mehrere vorlaufende Umfangsabschnitte und mehrere nachlaufende Umfangsabschnitte auf, welche in Umfangsrichtung in alternierender Abfolge angeordnet sind und vorzugsweise die Steuerkante vollständig über 360° umlaufend bilden. Die vorlaufende Umfangsabschnitte und die nachlaufenden Umfangsabschnitte können dabei gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang des Ventilkolbens verteilt sein. Unter gleichmäßig verteilten Umfangsabschnitten versteht man, dass die Abstände zwischen jeweils zwei vorlaufenden Umfangsabschnitten und/oder zwei nachlaufenden Umfangsabschnitten gleich groß sind. In einer bevorzugten Ausführung sind die vorlaufenden Umfangsabschnitte alle gleich groß und die nachlaufenden Umfangsabschnitte alle gleich groß. Dabei können die vorlaufende Umfangsabschnitte größer oder kleiner als die nachlaufenden Abschnitte sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführung liegen jeweils zwei vorlaufende Umfangsabschnitte und zwei nachlaufende Umfangsabschnitte einander radial gegenüber.
Der eine oder die mehreren nachlaufenden Umfangsabschnitte kann oder können in eine Radial-Tangential-Ebene verlaufen, d.h. der eine oder die mehreren nachlaufenden Umfangsabschnitte verlaufen in einer Ebene, welche den Ventilkolben senkrecht zur axialen Längsachse des Ventilkolbens schneidet.
Der Ventilkolben kann an seinen äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen aufweisen, welche sich in einer radialen Sicht auf den Kolbenumfang in die erste Axialrichtung zwischen zwei nachlaufenden Umfangsabschnitten hindurch erstreckt und von jeweils einem vorlaufenden Umfangsabschnitt berandet wird.
Die eine oder mehrere Vertiefungen kann oder können in einer radialen Sicht auf den äußeren Kolbenumfang eine axiale Nut oder axiale Nuten sein. Die Nut oder Nuten können in einem radialen Querschnitt beispielsweise rechteckig oder gewölbt sein, d.h. die Nut oder die Nuten weisen einen flachen oder kreissegmentförmigen Nutgrund auf. Dabei können die seitlichen Nutflanken gewölbt oder gerade sein. Gerade Nutflanken können parallel verlaufen oder auf einander zulaufen. Die eine oder mehrere Vertiefungen können in einer radialen Sicht auf den äußeren Kolbenumfang beispielsweise auch eine axiale Nut oder axiale Nuten in Form von Kerben sein, d. h. die Nut oder Nuten können in einem radialen Querschnitt dreieckig sein. Generell ist jeder radiale Nutquerschnitt denkbar, wobei bevorzugt die jeweilige Vertiefung einen Nut ist, die einem Teil eines Zylinders, vorzugsweise einem Teil eines Kreiszylinders entspricht. D.h. bevorzugt ist die Nut in einem radialen Querschnitt konkav nach innen gewölbt. In einer weiteren bevorzugten Ausführung können die radialen Querschnitte der einen oder der mehreren Vertiefungen in axialer Richtung variieren, beispielsweise in der Größe des Wölbungsradius eines Nutgrundes.
Die eine oder mehrere Vertiefungen können in Längsschnitten des Ventilkolben mit variabler oder vorzugsweise konstanter Neigung zur Axialen erstreckte Nuten sein. In bevorzugten Ausführungen weist der Ventilkolben am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen auf, welche in Längsschnitten des Ventilkolbens eine mit konstanter Neigung zur Axialen erstreckte Nut sind, wobei der Neigungswinkel in Richtung des freien vorderen Ende des Ventilkolbens geöffnet ist.
Insbesondere durch die eine oder mehrere Vertiefungen kann die Steuerkante in einer Abwicklung des äußeren Kolbenumfang einen zackenförmigen oder einfach bzw. mehrfach wellenförmigen Verlauf aufweisen. Die Steuerkante kann dabei in einer Abwicklung des äußeren Kolbenumfang aus geraden Abschnitten und in Axialrichtung, vorzugsweise in die erste Axialrichtung, ausbauchenden Abschnitten zusammengesetzt sein. In bevorzugten Ausführungen werden die nachlaufenden Umfangsabschnitte der Steuerkante durch die geraden Abschnitten und die vorlaufende Umfangsabschnitte der Steuerkante durch die in Axialrichtung ausbauchenden Abschnitte gebildet, wobei die in Axialrichtung ausbauchenden Abschnitte bevorzugt in Axialrichtung rund ausbauchend sind.
Der Ventilkolben kann sich am äußeren Kolbenumfang, vorzugsweise vollständig über 360° umlaufend, von der Steuerkante aus zu einer Axialen mit einer Neigung größer 0° verjüngen. Der Neigungswinkel kann dabei bis zu 90° betragen, ist vorzugsweise aber kleiner als 70° oder kleiner als 60°. Der Ventilkolben kann sich am äußeren Kolbenumfang in axialer Richtung, vorzugsweise in die zweite Axialrichtung, vom jeweiligen vorlaufende Umfangsabschnitte ausgehend zu einer Axialen mit einer ersten Neigung und vom jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitte ausgehend zur Axialen mit einer von der ersten Neigung verschiedenen zweiten Neigung verjüngen. Vorzugsweise ist die zweite Neigung zumindest im arithmetischen Mittel größer als die erste Neigung.
Bevorzugt verjüngt sich der Ventilkolben in axialer Richtung von der Steuerkante ausgehend bis zu einem freien vorderen Ende. Die Steuerkante bildet den Übergang des axialen, bevorzugten kreiszylindrischen, Dichtabschnitts zu einem Freigabeabschnitt des Ventilkolbens, wobei der Freigabeabschnitt in einer ersten Näherung vorzugsweise konisch ausgebildet ist. Der Freigabeabschnitt weist zumindest im arithmetischen Mittel einen kleineren Durchmesser als der Dichtabschnitt des Ventilkolbens auf.
Die erste Neigung, mit welcher sich der Ventilkolben vom jeweiligen vorlaufende Umfangsabschnitt ausgehend in axiale Richtung verjüngt, ist vorzugsweise konstant. D.h. der Neigungswinkel ändert sich in Axialrichtung nicht. Die erste Neigung kann aber rund gewölbt sein und sich dadurch stetig ändern.
Die zweite Neigung, mit welcher sich der Ventilkolben ausgehend vom jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitt in axialer Richtung verjüngt, kann beispielsweise durch rund gewölbt sein und sich dadurch stetig ändern oder die zweite Neigung ist konstant. Im Falle einer zweiten konstanten Neigung verjüngt sich der Ventilkolben ausgehend von den jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitten konisch.
Dabei ist es möglich, dass sich der Ventilkolben zunächst mit einer sich ändernden zweiten Neigung in Axialrichtung vom jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitte rund gewölbt verjüngt und sich in einem weiteren Verlauf mit einer konstanten zweiten Neigung verjüngt. Auch eine zunächst konstante zweite Neigung, welche in eine rundgewölbte Neigung übergeht, ist bei der Verjüngung des Ventilkolben vom jeweiligen nachlaufende Umfangsabschnitt ausgehend in axialer Richtung möglich.
Der Ventilkolben verjüngt sich in axialer Richtung von der Steuerkante ausgehend bis zu einem kleinsten radialen Kolbenabschnittsquerschnitt, wobei der kleinste radiale Kolbenabschnittsquerschnitt bevorzugt an einem freien vorderen Ende des Ventilkolbens auftritt. Die Formulierung kleinster radialer Kolbenabschnittsquerschnitt schließt nicht aus, dass der der Ventilkolben an einer anderen Stelle einen kleineren radialen Querschnitt aufweisen kann. Bevorzugt verjüngt sich der Ventilkolben in axialer Richtung von der Steuerkante ausgehend bis zu einem freien vorderen Ende, d.h. in Form eines sich verjüngenden Endabschnittes. Es ist allerdings auch möglich, dass die Verjüngung des Ventilkolbens zwischen dem freien vorderen Ende und dem freien hinteren Ende des Ventilkolbens auftritt, beispielsweise in Form einer Einschnürung des Ventilkolbens.
Der Ventilkolben kann eine Axialbohrung aufweisen, welche sich vorzugsweise von dem freien vorderen Ende des Ventilkolbens in axialer Richtung erstreckt. Die Axialbohrung kann einen ersten Bohrungsabschnitt und einen zweiten Bohrungsabschnitt aufweisen, wobei der erste Bohrungsabschnitt einen größeren Durchmesser als der zweite Bohrungsabschnitt aufweist. Vorzugsweise ist der erste Bohrungsabschnitt auf der dem freien vorderen Ende des Ventilkolbens zugewandten Seite der Axialbohrung angeordnet, während der zweite Bohrungsabschnitt auf der dem freien vorderen Ende des Ventilkolben abgewandten Seite der Axialbohrung angeordnet ist. Die Axialbohrung kann vorzugsweise permanent fluidkommunizierend mit der Hochdruckseite der Pumpe des Fluidversorgungssystem verbunden sein. In besonders bevorzugten Ausführungen kann die Axialbohrung fluidkommunizierend mit dem Steueranschluss des Steuerventils verbunden sein.
Die Axialbohrung kann zusätzlich fluidkommunizierend, vorzugsweise permanent fluidkommunizierend, mit der Niederdruckseite der Pumpe des Fluidversorgungssystem verbunden sein. Vorzugsweise kann die Axialbohrung über eine zweite Axialbohrung fluidkommunizierend mit der Niederdruckseite der Pumpe oder direkt mit einem Reservoir verbunden sein. Dabei ist der Durchmesser der Axialbohrung, vorzugsweise um mindestens ein fünffaches oder mindestens ein zehnfaches, kleiner als der Durchmesser der zweiten Axialbohrung.
Die zweite Axialbohrung erstreckt sich vorzugsweise von einem hinteren freien Ende des Ventilkolben in Richtung der Axialbohrung, vorzugsweise in die zweite Axialrichtung. Die zweite Axialbohrung kann fluidkommunizierend, vorzugsweise permanent, mit der Niederdruckseite der Pumpe oder einem Reservoir verbunden sein.
Über die Axialbohrung und die zweite Axialbohrung kann ein kleiner Fluidstrom von der Hochdruckseite der Pumpe über das Steuerventil zu der Niederdruckseite der Pumpe oder direkt zu einem Reservoir fließen. Durch den vorzugsweise permanenten Fluidstrom können Druckspritzen der Pumpe, welche auf das Steuerventil und insbesondere auf eine Steuerfläche des Steuerventils wirken, abgemindert werden.
Der Ventilkolben ist in dem Ventilraum axial beweglich gelagert. In vorteilhaft Ausführungen ist der wenigstens eine Auslass von dem Einlass in die erste Axialrichtung beanstandet, wobei der Ventilkolben den wenigstens einen Auslass von dem Einlass trennt oder mit einander verbindet. Ein gegebenenfalls weiterer Auslass kann in der ersten Axialrichtung von dem Auslass beanstandet sein, sodass der Ventilkolben in der ersten Kolbenposition den Einlass von dem Auslass und dem gegebenenfalls weiterer Auslass trennt.
Zur Regelung des Steuerventils weist der Ventilkolben wenigstens eine Steuerfläche zur Beaufschlagung des Ventilkolbens mit einem Stellfluid zur Erzeugung einer in die erste Axialrichtung oder die zweite Axialrichtung wirkenden Stellkraft auf. Die Steuerfläche wird vorzugsweise von der Oberfläche des sich verjüngenden Freigabeabschnitts des Ventilkolbens gebildet, welche sich vorzugsweise von der Steuerkante bis zu dem freien vorderen Ende des Ventilkolbens erstreckt, d.h. die Steuerfläche entspricht vorzugsweise der Oberfläche eines sich verjüngenden Endabschnitts des Ventilkolbens. Die Projektionsfläche der Steuerfläche entspricht dabei vorzugsweise dem radialen Querschnitt des Ventilkolbens auf Höhe der nachlaufenden Umfangsabschnitte der Steuerkante.
Die Steuerfläche kann mit Stellfluid, welches vorzugsweise durch Fluid von der Hochdruckseite der Pumpe gebildet wird, beaufschlagt werden, sodass eine bevorzugt in die erste Axialrichtung wirkende Stellkraft auf den Ventilkolben wirkt. In bevorzugten Ausführungen ist die Steuerfläche permanent mit Stellfluid beaufschlagt.
Die Steuerfläche ist über einen Steueranschluss, vorzugsweise permanent, fluidkommunizierend mit der Hochdruckseite der Pumpe verbunden. Der Steueranschluss des Steuerventils kann durch einen separaten weiteren Anschluss, welcher mit dem Einlass des Steuerventils oder wenigstens mit der Hochdruckseite der Pumpe fluidkommunizierend verbunden ist, gebildet sein, bevorzugt wird der Steueranschluss des Steuerventils durch den Einlass des Steuerventils gebildet.
Durch den auf die Steuerfläche wirkende Stelldruck des Stellfluids wird eine Stellkraft erzeugt, welcher vorzugsweise einer Rückstellkraft entgegenwirkt. Die Rückstellkraft kann durch ein Rückstellelement, beispielsweise eine Rückstellfeder, erzeugt werden. Übersteigt die Steuerkraft die Rückstellkraft verschiebt sich der Ventilkolben in axialer Richtung in Richtung auf das Rückstellelement, bevorzugt in die erste Axialrichtung. Das Rückstellelement kann auf eine Stirnseite des Ventilkolbens wirken, in bevorzugten Ausführungen erstreckt sich das Rückstellelement in eine Axialbohrung des Ventilkolbens, insbesondere in die zweite Axialbohrung.
Das Steuerventil kann an oder in einem Gehäuse der Pumpe angeordnet sein oder von der Pumpe getrennt im Fluidversorgungssystem angebracht sein. In bevorzugten Ausführungen wird das Ventilgehäuse durch das Gehäuse der Pumpe, deren Verbindung zu einem Fluidverbraucher das Steuerventil vorzugsweise regelt, gebildet. In bevorzugten Ausführungen ist das Steuerventil in einer Ventilbohrung bzw. Ventilausnehmung im Gehäuse der Pumpe angeordnet, wobei die Mantelinnenfläche der Ventilbohrung den Ventilraum zumindest radial begrenzt, so dass das Gehäuse der Pumpe gleichzeitig als Ventilgehäuse fungiert.
Der Ventilkolben kann direkt, d.h. ohne zusätzliches Ventilgehäuse, in der Ventilbohrung axial beweglich gelagert sein. Der Ventilraum kann in einer ersten axialen Richtung von einem Ventildeckel und in einem zweiten axialen Richtung von dem Gehäuse der Pumpe begrenzt sein. Es ist aber auch möglich den Ventilraum axial beidseitig durch einen Ventildeckel zu verschließen. Der oder die Ventildeckel kann oder können formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse der Pumpe gefügt sein. Sowohl in der ersten Axialrichtung als auch in der zweiten Axialrichtung kann zumindest ein Anschlag, welcher beispielsweise durch den Ventildeckel gebildet werden kann, für den Ventilkolben vorgesehen sein.
In bevorzugten Ausführungen ist die Pumpe eine erste Pumpe des Fluidversorgungssystem und das Fluidversorgungssystem umfasst eine weitere, zweite Pumpe zur Versorgung des Fluidverbrauchers der ersten Pumpe oder eines weiteren Fluidverbrauchers des Kraftfahrzeugs mit Fluid. Die zweite Pumpe kann baugleich zu der ersten Pumpe sein oder sich von der Bauweise der ersten Pumpe unterscheiden.
Umfasst das Fluidversorgungssystem eine erste Pumpe und eine zweite Pumpe, ist die erste Pumpe bevorzugt stromauf der zweiten Pumpe angeordnet. Die erste Pumpe kann auf diese Weise der Vorladung der zweiten Pumpe dienen. D.h. die zweite Pumpe wird mit Fluid von der Hochdruckseite der ersten Pumpe gespeist. Dabei führt die erste Pumpe der zweiten Pumpe einen Teil, vorzugsweise den überwiegenden Teil, des von der ersten Pumpe geförderten Fluids zu.
Handelt es sich bei dem Fluidversorgungssystem um ein Fluidversorgungssystem mit zwei Pumpen ist vorteilhafter Weise zwischen der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe ein Filter zur Reinigung des Fluids angebracht.
Der von der zweiten Pumpe mit Fluid versorgte zweite Verbraucher, wird vorzugsweise permanent mit Fluid versorgt, während der erste Verbraucher des Fluidversorgungssystem nach Bedarf oder Betriebszustand des Kraftfahrzeugs mit Fluid versorgt wird. In bevorzugten Ausführungen ist der von der zweiten Pumpe versorgte zweite Verbraucher eine Hydraulikeinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das Fluidversorgungssystem kann bevorzugt so ausgelegt sein, dass die erste Pumpe die zweite Pumpe permanent mit Fluid von der Hochdruckseite der ersten Pumpe versorgt und erst wenn die erste Pumpe ausreichend Fluid fördert, insbesondere wenn das Druckfluid der ersten Pumpe ein bestimmtes Druckniveau überschreitet, schaltet das Steuerventil den Verbraucher, welcher von der ersten versorgt wird, zu. Auf diese Weise ist eine Versorgung des Fluidverbrauchers der zweiten Pumpe mit Fluid gewährleistet.
Auch in den nachstehend formulierten Aspekten werden Merkmale der Erfindung beschrieben. Die Aspekte sind in der Art von Ansprüchen formuliert und können diese ersetzen. In den Aspekten offenbarte Merkmale können die Ansprüche ferner ergänzen und/oder relativieren, Alternativen zu einzelnen Merkmalen aufzeigen und/oder Anspruchsmerkmale erweitern. In Klammern gesetzte Bezugszeichen beziehen sich nachfolgend auf in Figuren illustrierte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Sie schränken die in den Aspekten beschriebenen Merkmale nicht unter den Wortsinn als solchen ein, zeigen andererseits jedoch bevorzugte Möglichkeiten der Verwirklichung des jeweiligen Merkmals auf.
Aspekt #1 Steuerventil (V) umfassend:

1.1 einen Ventilkolben (10), der aus einer ersten Kolbenposition in eine erste Axialrichtung bis wenigstens in eine zweite Kolbenposition beweglich ist,
1.2 einen an eine Hochdruckseite einer Pumpe (P1) anschließbaren Einlass (I),
1.3 einen Auslass (N, O) zur Verbindung mit einer Niederdruckseite der Pumpe (P1) oder einem Fluidverbraucher (Q) des Kraftfahrzeugs,
1.4 wobei der Ventilkolben (10) in einer der Kolbenpositionen den Auslass (N, O) vom Einlass (I) trennt und
1.5 in der anderen der Kolbenpositionen eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (N, O) zulässt, wobei
1.6 der Ventilkolben (10) einen axialen Dichtabschnitt (13) und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt (13) axial begrenzende Steuerkante (16) aufweist, um die Verbindung von Einlass (I) und Auslass (N, O) zu steuern, und
1.7 die Steuerkante (16) relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte (14a, 15a), nämlich einen oder mehrere in die erste Axialrichtung vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und einen oder mehrere in die erste Axialrichtung nachlaufende Umfangsabschnitte (14a), aufweist.

Aspekt #2 Fluidversorgungssystem, das zur Versorgung eines oder mehrerer Fluidverbraucher (H, Q) eines Kraftfahrzeugs mit Fluid eine Pumpe (P1) und ein Steuerventil (V) umfasst, das Steuerventil (V) umfassend:

2.1 einen Ventilkolben (10), der aus einer ersten Kolbenposition in eine erste Axialrichtung bis wenigstens in eine zweite Kolbenposition beweglich ist,
2.2 einen an eine Hochdruckseite der Pumpe (P1) angeschlossenen Einlass (I),
2.3 einen Auslass (N, O) zur Verbindung mit einer Niederdruckseite der Pumpe (P1) oder einem Fluidverbraucher (Q) des Kraftfahrzeugs,
2.4 wobei der Ventilkolben (10) in einer der Kolbenpositionen den Auslass (N, O) vom Einlass (I) trennt und
2.5 in der anderen der Kolbenpositionen eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (N, O) zulässt, wobei
2.6 der Ventilkolben (10) einen axialen Dichtabschnitt (13) und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt (13) axial begrenzende Steuerkante (16) aufweist, um die Verbindung von Einlass (I) und Auslass (N, O) zu steuern, und
2.7 die Steuerkante (16) relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte (14a, 15a), nämlich einen oder mehrere in die erste Axialrichtung vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und einen oder mehrere in die erste Axialrichtung nachlaufende Umfangsabschnitte (14a), aufweist.

Aspekt #3 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei durch eine Bewegung des Ventilkolbens (10) in die erste Axialrichtung der Auslass (N, O) mit dem Einlass (I) verbunden wird, wenn die Steuerkante (16) mit dem Auslass (N, O) überlappt.
Aspekt #4 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerventil (V) in einer ersten Kolbenposition den Auslass (N, O) vom Einlass (I) trennt und in einer zweiten Kolbenposition eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (O) zulässt.
Aspekt #5 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei der Ventilkolben (10) zwischen der ersten Kolbenposition und der zweiten Kolbenposition stetig hin und her beweglich ist.
Aspekt #6 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Steuerkante (16) mehrere vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und mehrere nachlaufende Umfangsabschnitte (14a) aufweist, die in Umfangsrichtung in alternierender Abfolge angeordnet sind und vorzugsweise die Steuerkante (16) vollständig über 360° umlaufend bilden.
Aspekt #7 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der eine oder die mehreren nachlaufenden Umfangsabschnitte (14a) in einer Radial-Tangential-Ebene verläuft oder verlaufen.
Aspekt #8 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen (15) aufweist und sich die jeweilige Vertiefung (15) in einer radialen Sicht auf den äußeren Kolbenumfang in die erste Axialrichtung zwischen zwei nachlaufenden Umfangsabschnitten (14a) hindurch erstreckt und von einem vorlaufenden Umfangsabschnitt (15a) berandet wird.
Aspekt #9 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen (15) aufweist und die jeweilige Vertiefung (15) in einer radialen Sicht auf den äußeren Kolbenumfang eine axiale Nut ist.
Aspekt #10 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen (15) aufweist und die jeweilige Vertiefung (15) eine in Längsschnitten des Ventilkolbens (10) mit variabler oder vorzugsweise konstanter Neigung (α) zur Axialen erstreckte Nut ist.
Aspekt #11 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen (15) aufweist und die jeweilige Vertiefung (15) eine Nut ist, die einem Teil eines Zylinders, vorzugsweise einem Teil eines Kreiszylinders entspricht.
Aspekt #12 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Steuerkante (16) in einer Abwicklung des äußeren Kolbenumfangs einen zackenförmigen oder wellenförmigen Verlauf hat.
Aspekt #13 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich die Steuerkante (16) in einer Abwicklung des äußeren Kolbenumfangs aus geraden Abschnitten, die vorzugsweise die nachlaufenden Umfangsabschnitte (14a) sind, und von den geraden Abschnitten rund in Axialrichtung, vorzugsweise in die erste Axialrichtung, ausbauchenden Abschnitten, die vorzugsweise die vorlaufenden Umfangsabschnitte (15a) sind, zusammensetzt.
Aspekt #14 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang, vorzugsweise vollständig über 360° umlaufend, von der Steuerkante (16) aus zu einer Axialen mit einer Neigung (α, β) größer 0° verjüngt, wobei die Neigung bis zu 90° betragen kann, vorzugsweise aber kleiner als 70° oder kleiner als 60° ist.
Aspekt #15 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang in axialer Richtung vom jeweiligen vorlaufenden Umfangsabschnitt (15a) ausgehend zu einer Axialen mit einer ersten Neigung (α) und vom jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitt (14a) ausgehend zur Axialen mit einer von der ersten Neigung (α) verschiedenen zweiten Neigung (β) verjüngt.
Aspekt #16 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die zweite Neigung (β) zumindest im arithmetischen Mittel größer als die erste Neigung (α) ist.
Aspekt #17 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich der Ventilkolben (10) in axialer Richtung vom jeweiligen vorlaufenden Umfangsabschnitt (15a) ausgehend mit einer konstanten ersten Neigung (α) verjüngt.
Aspekt #18 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich der Ventilkolben (10) in axialer Richtung vom jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitt (14a) ausgehend mit einer sich ändernden zweiten Neigung (β) rund gewölbt oder mit einer konstanten zweiten Neigung (β) konisch verjüngt.
Aspekt #19 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich der Ventilkolben (10) in axialer Richtung von der Steuerkante (16) ausgehend bis zu einem freien vorderen Ende (11) verjüngt.
Aspekt #20 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Auslass (O) der Verbindung mit dem Fluidverbraucher (Q) dient und das Steuerventil (V) einen weiteren Auslass (N) zur Verbindung mit der Niederdruckseite der Pumpe (P1) aufweist.
Aspekt #21 Fluidversorgungssystem nach Aspekt 2, wobei der Ventilkolben (10) aus der zweiten Kolbenposition in die erste Axialrichtung in eine dritte Kolbenposition beweglich ist und in der dritten Kolbenposition eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (O) und dem weiteren Auslass (N) zulässt.
Aspekt #22 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei in der dritten Kolbenposition wenigstens 80% des Fluids vom Einlass (I) zum Auslass (A) gefördert wird, vorzugsweise wenigstens 90%.
Aspekt #23 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Steuerventil (V) zwischen zwei oder drei unterschiedlichen Ventilstellungen verstellbar ist, vorzugsweise ein 3/3-Wegeventil ist.
Aspekt #24 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Pumpe (P1) eine erste Pumpe des Fluidversorgungssystems ist und das Fluidversorgungssystem eine weitere, zweite Pumpe (P2) zur Versorgung des Fluidverbrauchers (Q) oder eines weiteren Fluidverbrauchers (H) des Kraftfahrzeugs mit dem Fluid umfasst.
Aspekt #25 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die erste Pumpe (P1) stromauf der zweiten Pumpe (P2) angeordnet ist, um der zweiten Pumpe (P2) einen Teil, vorzugsweise den überwiegenden Teil, des von der ersten Pumpe (P1) geförderten Fluids zuzuführen und die zweite Pumpe (P2) vorzuladen.
Aspekt #26 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Steuerventil (V) an oder in einem Gehäuse (G) der Pumpe (P1) angeordnet ist.
Aspekt #27 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das Gehäuse (G) eine Ventilbohrung umfasst, in welcher das Steuerventil (V) angeordnet ist und wobei das Gehäuse des Steuerventils (V) vorzugsweise von der Mantelinnenfläche der Ventilbohrung gebildet wird.
Aspekt #28 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei ein Rückstellelement (20) eine Rückstellkraft in die zweite Axialrichtung erzeugt, welche auf den Ventilkolben (10) wirkt.
Aspekt #29 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei das Rückstellelement (20) eine Rückstellfeder ist.
Aspekt #30 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) wenigstens eine Steuerfläche zur Beaufschlagung des Ventilkolbens (10) mit einem Stellfluid zur Erzeugung einer in die erste Axialrichtung oder die zweite Axialrichtung wirkenden Stellkraft.
Aspekt #31 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Stellkraft in die erste Axialrichtung auf den Ventilkolben (10) wirkt und das Stellfluid durch Fluid von der Hochdruckseite der Pumpe (P1) gebildet wird.
Aspekt #32 Fluidversorgungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Aspekte, wobei die Steuerfläche von der Oberfläche des Ventilkolbens (10), welche sich von dem freien vorderen Ende (11) bis zu der Steuerkante (16) erstreckt, gebildet wird.
Aspekt #33 Fluidversorgungssystem nach einem der drei vorhergehenden Aspekte, wobei die Steuerfläche über einen Steueranschluss (S), vorzugsweise permanent, fluidkommunizierend mit der Hochdruckseite der Pumpe (P1) verbunden ist.
Aspekt #34 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei der Einlass (I) des Steuerventils (V) den Steueranschluss (S) des Steuerventils (V) bildet oder der Einlass (I) des Steuerventils (10) permanent fluidkommunizierend mit dem Steueranschluss (S) verbunden ist.
Aspekt #35 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) eine Axialbohrung (18) umfasst, welche sich von dem freien vorderen Ende (11) des Ventilkolbens (10) in die erste Axialrichtung erstreckt.
Aspekt #36 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Axialbohrung (18) vorzugsweise permanent fluidkommunizierend mit der Hochdruckseite der Pumpe (P1) verbunden ist.
Aspekt #37 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Axialbohrung (18) vorzugsweise permanent fluidkommunizierend über einen Steueranschluss (S)
Aspekt #38 Fluidversorgungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Aspekte, wobei die Axialbohrung (18) fluidkommunizierend, vorzugsweise permanent fluidkommunizierend, mit der Niederdruckseite der Pumpe (P1), vorzugsweise über eine zweite Axialbohrung (17), verbunden ist.
Aspekt #39 Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei der Ventilkolben (10) eine zweite Axialbohrung (17) aufweist, welche sich von dem hinteren freien Ende (12) des Ventilkobens in die zweite Axialrichtung erstreckt.
Aspekt #40 Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei sich das Rückstellelement (20) aus Aspekt 27 bis in die Axialbohrung (17) erstreckt.
Aspekt #41 Fluidversorgungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Aspekte, wobei die zweite Axialbohrung (17), vorzugsweise permanent, fluidkommunizierend mit der Niederdruckseite der Pumpe (P1) verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale bilden die Gegenstände der Ansprüche, der Aspekte und auch die vorstehenden erläuterten Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:

1: Schaltplan Fluidversorgungssystem
2: Explosionszeichnung einer ersten Pumpe mit Steuerungsventil
3: Isometrische Ansicht eines Ventilkolbens
4: Frontansicht auf das vordere freie Ende des Ventilkolbens
5: Längsschnitt durch die vorlaufende Umfangsabschnitte des Ventilkolbens
6: Längsschnitt durch die nachlaufenden Umfangsabschnitte des Ventilkolbens
7: Längsschnitt durch das Steuerventil in der ersten Kolbenposition
8: Längsschnitt durch das Steuerventil in der zweiten Kolbenposition
9: Längsschnitt durch das Steuerventil in der dritten Kolbenposition
10: Längsschnitt durch das Steuerventil mit um 45° gedrehten Ventilkolben
11: Detailansicht des Endabschnitts des Ventilkolbens
12: Schaltplan Bypassventil

1 zeigt einen Schaltplan eines Fluidversorgungssystems einer bevorzugten Ausführung. Das Fluidversorgungssystem weist eine erste Pumpe P1, welche Fluid aus einem Reservoir angesaugt und unter Druckerhöhung an eine zweite Pumpe P2 weitergibt. Dabei ist es die primäre Aufgabe der ersten Pumpe P1 die Vorladung der zweiten Pumpe P2 zu gewährleisten und die sekundäre Aufgabe der ersten Pumpe P1 kann es sein der Versorgung eines Fluidverbrauchers Q mit Fluid zu dienen. Der Fluidverbraucher Q kann beispielsweise ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs sein.
Die zweite Pumpe P2 ist stromab der ersten Pumpe P1 angeordnet und dient der Versorgung eines Hauptfluidverbrauchers H, beispielsweise einer Hydraulikeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit Druckfluid. Zum Schutz der zweiten Pumpe P2 vor Zerstörung durch Schmutzpartikel ist vorteilhafterweise zwischen der ersten Pumpe P1 und der zweiten Pumpe P2 ein Filter F angeordnet sein. Auch kann es von Vorteil sein beispielsweise stromauf der ersten Pumpe P1 einen zusätzlichen Filter anzuordnen.
Durch die Vorladung der zweiten Pumpe P2 kann die Fördermenge des Fluidversorgungssystem wirtschaftlich gesteigert werden, jedoch ist beispielsweise sicherzustellen, dass der zulässige Betriebsdruck bzw. der Vorladedruck der zweiten Pumpe nicht überschritten wird bzw. dass der zweiten Pumpe P2 nicht zu viel Fluid zugeführt wird.
Zu diesem Zweck weist das Fluidversorgungssystem ein Steuerventil V auf, welches durch ein 3/3-Wege Ventil gebildet wird und im Wesentlichen drei Schaltstellungen einnehmen kann. In Bezug auf die zweite Pumpe P2 fungiert das Steuerventil V als eine Art Bypassventil, wobei das Steuerventil V weiterhin eine ausreichende Versorgung der zweiten Pumpe P2 mit Druckfluid gewährleistet, d.h. das Steuerventil V unterbricht den Zustrom zwischen der ersten Pumpe P1 und der zweiten Pumpe P2 niemals vollständig. Neben dem Schutz der zweiten Pumpe P2 dient das Steuerventil V der Versorgung des Fluidverbrauchers Q mit Fluid, wenn der Betriebszustand des Fluidversorgungssystem dies zulässt, d.h. wenn die primäre Aufgabe der ersten Pumpe P1 nicht gefährdet wird.
Das Steuerventil V ist in dem Gehäuse G der ersten Pumpe P1 zwischen der ersten Pumpe P1 und dem Verbraucher Q untergebracht. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass das Steuerventil V auch losgelöst von dem Gehäuse G der ersten Pumpe P1 im Fluidversorgungssystem angeordnet sein kann, es beispielsweise aus Gründen der Platzersparnis jedoch sinnvoll sein kann das Steuerventil V im Gehäuse G der ersten Pumpe P1 anzuordnen. Das Gehäuse G ist in 1 schematisch als Kasten eingezeichnet.
Wie bereits erwähnt handelt es sich bei dem Steuerventil V der 1 um ein 3/3-Wegeventil. Das Steuerventil V weist im Wesentlichen drei Anschlüsse auf, welche in den drei Schaltstellungen des Steuerventils V ganz oder teilweise miteinander verbunden oder getrennt werden können. Das Steuerventil V weist einen Einlass I und einen Auslass O sowie einen weiteren Auslass N auf, welche entsprechend der Schaltstellung des Steuerventils V ganz oder teilweise miteinander verbunden oder getrennt werden.
Der Einlass I des Steuerventils V ist über den Filter F mit der Hochdruckseite der ersten Pumpe P1 verbunden, vorzugsweise permanent verbunden. Der Auslass O ist mit dem Fluidverbraucher Q verbunden. Im Gegensatz dazu ist der Auslass N mit der Niederdruckseite der ersten Pumpe P1 verbunden. Wie in 1 beispielhaft gezeigt ist, sind der Auslass N und die Niederdruckseite der ersten Pumpe P1 über eine Leitung im Gehäuses G der Pumpe P1 miteinander verbunden. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass der Auslass N auch über eine außerhalb des Gehäuses G befindliche Leitung mit der Niederdruckseite der ersten Pumpe P1 verbunden werden kann oder dass der Auslass N, vorzugsweise direkt, mit dem Reservoir R verbunden werden kann.
Zusätzlich weist das Steuerventil einen Steueranschluss S auf, welcher ebenfalls über den Filter F mit der Hochdruckseite der ersten Pumpe P1 verbunden ist. Der Steueranschluss S dient der Steuerung des Ventilkolbens. Der Steueranschluss mündet in dem Ventilraum in einer Steuerkammer, in welcher eine Steuerfläche des Ventilkolbens angeordnet ist. Der auf die Steuerfläche wirkende Stelldruck, welcher in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dem Fluiddruck der Hochdruckseite der ersten Pumpe P1 entspricht, erzeugt eine Stellkraft, welche einer Rückstellkraft entgegenwirkt. Die Rückstellkraft wird dabei durch ein auf der der Steuerfläche abgewandten Seite des Ventilkolbens angebrachten Rückstellelement erzeugt. In dem Ausführungsbeispiel wird das Rückstellelement durch eine Rückstellfeder gebildet. Das Rückstellelement erzeugt eine der Stellkraft entgegen gerichtete Rückstellkraft.
In der ersten Schaltstellung, welche gleichzeitig der ersten Kolbenposition des Ventilkolbens entspricht und welche im Schaltplan des Steuerventils V linksseitig eingezeichnet ist, trennt das Steuerventil V den Einlass I von den Auslässen N, O sowie die beiden Auslässe N, O voneinander. In der ersten Schaltstellung des Steuerventils V bzw. in der ersten Kolbenposition findet kein Fluidfluss zwischen den einzelnen Anschlüssen I, N, O statt.
In der zweiten Schaltstellung des Steuerventils V, welche gleichzeitig der zweiten Kolbenposition des Ventilkolbens entspricht, verbindet das Steuerventil V den Einlass I mit dem Auslass O. Der Auslass N ist in der zweiten Schaltstellung weiterhin von den Anschlüssen I, O getrennt. Der Ventilkolben bewegt sich aus der ersten Kolbenposition in die zweite Kolbenposition, wenn die auf den Ventilkolben wirkende Stellkraft die Rückstellkraft des Rückstellelements übersteigt. Die Bewegungsrichtung des Ventilkolbens aus der ersten Kolbenposition in die zweite Kolbenposition wird als die erste Axialrichtung bezeichnet.
Bevorzugt ist das Rückstellelement an den maximalen Vorladedruck der zweiten Pumpe P2 angepasst. D.h. steigt der Druck auf der Hochdruckseite der ersten Pumpe P1 über einen Schwellwert, welcher durch den maximalen Vorladedruck der zweiten Pumpe P2 definiert wird, wird der Ventilkolben des Steuerventils aus der ersten Kolbenposition in die erste Axialrichtung bewegt. Auf diese Weise kann die zweite Pumpe P2 effektiv vor Schäden geschützt werden und gleichzeitig kann ein weiterer Fluidverbraucher Q mit Fluid versorgt werden. Das Steuerventil V ist bevorzugt so eingestellt, dass die Versorgung der zweiten Pumpe P2 mit ausreichend Fluid von der Hochdruckseite der ersten Pumpe P1 zu jeder Zeit gewährleistet ist und gleichzeitig keine Überversorgung der zweiten Pumpe P2 mit Druckfluid stattfindet.
In der dritten Schaltstellung, welche der dritten Kolbenposition entspricht, verbindet das Steuerventil V den Einlass I mit den Auslass O und dem Auslass N. Diese Schaltstellung nimmt das Steuerventil V vorteilhafterweise ein, wenn die erste Pumpe P1 ausreichend Druckfluid für die zweite Pumpe P2 und den weiteren Fluidverbraucher Q bereitstellt. In der dritten Schaltstellung fließt Fluid von der Hochdruckseite der ersten Pumpe P1 über den Einlass I und dem Auslass O zu dem Fluidverbraucher Q und über den Einlass I und dem Auslass N zu der Niederdruckseite der ersten Pumpe P1. Wie bereits im Vorfeld ausgeführt kann das Fluid alternativ über den Einlass I und den Auslass N auch dem Reservoir R direkt zurückgeführt werden.
Wie in 1 zu sehen ist verfügt das Steuerventil V neben dem Steueranschluss S bevorzugt über einen weiteren Steueranschluss auf der Seite des Rückstellelements, welcher mit dem Reservoir R verbunden ist. Alternativ kann der weitere Steueranschluss ebenfalls mit der Niederdruckseite der ersten Pumpe P1 verbunden sein. Der Steueranschluss S und der weitere Steueranschluss sind vorteilhaft über eine Axialbohrung im Ventilkolben fluidkommunizierend miteinander verbunden. Die Axialbohrung hat eine Drosselwirkung und soll Druckspritzen, welche zu einem ungewollten Verschieben des Ventilkolbens führen, abmildern.
2 zeigt eine Explosionszeichnung einer beispielhaften ersten Pumpe P1. Die Pumpe ist beispielhaft als Innenzahnradpumpe ausgeführt, dies soll die erste Pumpe P1 allerdings nicht auf Innenzahnradpumpe beschränken. Die erste Pumpe P1 kann zum Beispiel auch als Flügelzellenpumpe ausgeführt sein.
Die Pumpe umfasst ein Außenzahnrad 2 und ein Innenzahnrad 1, welche jeweils um ihre Mittelachse rotieren, wobei die Mittelachsen des Außenzahnrads und des Innenzahnrads voneinander beanstandet sind, einem Pumpendeckel 3, ein Gehäuse G, einen Pumpenauslass 4 sowie einen Pumpeneinlass 5. Des Weiteren umfasst die Pumpe einen Verbraucheranschluss 6, welcher mit einem Fluidverbraucher verbunden werden kann. Die Funktionsweise von Innenzahnradpumpen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und sollen an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden.
Das Gehäuse G weist eine Ventilbohrung 7 auf, welche das Steuerventil V umfasst. Der Ventilkolben des Steuerventils ist dabei direkt in der Ventilbohrung axial beweglich gelagert. Dabei begrenzt die Mantelinnenfläche der Ventilbohrung 7 den Ventilraum radial nach außen, auf diese Weise bildet das Gehäuse G gleichzeitig das Ventilgehäuse. In der Ventilbohrung 7 ist der Ventilkolben 10 axial hin und her beweglich gelagert. Der Ventilkolben 10 weist einen sich verjüngenden Endabschnitt auf, an dessen gegenüberliegenden Ende des Ventilkolbens ein Rückstellelement 20 angeordnet ist. Die Ventilbohrung wird in einer axialen Richtung von dem Gehäuse G und in der entgegengesetzten axialen Richtung von einem Ventildeckel 21 begrenzt.
Anhand der 3-6 soll der Ventilkolben 10 genauer erläutert werden, wobei die in den 3-6 offenbarte Merkmale lediglich eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Ventilkolbens 10 beschreiben.
Der Ventilkolben umfasst einen axialen Dichtabschnitt 13 und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt 13 axialbegrenzende Steuerkante 16. Die Steuerkante 16 dient der Steuerung der Verbindung zwischen dem Einlass I und wenigstens einem Auslass.
Die Steuerkante 16 weist relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte 14a, 15a auf. Dabei bilden die Abschnitte 15a vorlaufende Umfangsabschnitte 15a der Steuerkante und die Abschnitte 14a nachlaufende Umfangsabschnitte 14a. In der Abwicklung des Ventilkolbens bildet die Steuerkante 16 eine zusammenhängende Linie aus geraden Abschnitten und in Axialrichtung rund ausbauchenden Abschnitten. In bevorzugten Ausführungen bilden die gerade Abschnitte die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a der Steuerkante und die in Axialrichtung rund ausbauchende Abschnitte die nach laufenden Umfangsabschnitte 15a.
In den gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Steuerkolben 16 insgesamt vier vorlaufende Umfangsabschnitte 15a und vier nachlaufende Umfangsabschnitte 14a auf. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass die Anzahl der vorlaufende Umfangsabschnitte 15a und der nachlaufende Umfangsabschnitte 14a nicht auf vier begrenzt ist, sondern von dieser abweichen kann.
Die vorlaufende Umfangsabschnitte 15a und die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a bilden in alternierende Abfolge angeordnet die Steuerkante 16. Die Steuerkante 16 umfasst den äußeren Kolbenumfang vollständig über 360° umlaufend. Die vorlaufende Umfangsabschnitte 15a und die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a sind gleichmäßig über den Umfang des Ventilkolbens 10 verteilt.
Die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten vorlaufenden Umfangsabschnitten 15a und zwischen jeweils zwei benachbarten nachlaufenden Umfangsabschnitten 14a sind gleichgroß. D. h. jeder der vorlaufende Umfangsabschnitte 15a ist gleich lang wie die übrigen vorlaufenden Umfangsabschnitte 15a und jeder der nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a ist gleich lang wie die übrigen nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a, wobei die vorlaufenden Umfangsabschnitte 15a eine andere Länge als die nachlaufenden Umfangsabschnitte Aufweisen können. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen jeweils zwei nachlaufende Umfangsabschnitte 14a und jeweils zwei vorlaufende Umfangsabschnitte 15a einander radial gegenüber. Die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a liegen dabei in einer Radial-Tangential-Ebene.
Der Ventilkolben 10 weist an seinem äußeren Kolbenumfang mehrere Vertiefungen 15 auf, welche sich in einer radialen Sicht auf den Kolbenumfang zwischen zwei nachlaufende Umfangsabschnitte 14a hindurch erstrecken. Jede der Vertiefungen 15 wird jeweils von einem vorlaufende Umfangsabschnitte 15a berandet. Die Vertiefungen 15 erstrecken sich bevorzugt von dem freien vorderen Ende 11 in die erste Axialrichtung über die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a hinaus.
Die Vertiefungen 15 bilden in einer radialen Sicht auf den äußeren Kolbenumfang axiale Nuten. Die Vertiefungen 15 des Ausführungsbeispiels sind axiale Nuten, welche einem Teil eines Kreiszylinders entsprechen. D.h. die Nuten sind in einem radialen Querschnitt konkav nach innen gewölbt.
In Längsschnitten des Ventilkolbens 10 sind die Vertiefungen 15 sich axial erstreckende Nuten, welche eine konstante ersten Neigung α zur Axialen aufweisen. Dabei verjüngt sich der Ventilkolben 10 am äußeren Kolbenumfang insgesamt vollständig über 360° umlaufen von der Steuerkante aus zu einer Axialen mit einer Neigung größer 0°, wobei die Neigung in Umfangsrichtung variieren kann.
Im Bereich der vorlaufende Umfangsabschnitte 15a verjüngt sich der Ventilkolben 10 von der Steuerkante 16 ausgehend in die zweite Axialrichtung mit einer ersten Neigung α zu einer Axialen. Im Bereich der nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a verjüngt sich der Ventilkolben 10 von der Steuerkante 16 ausgehend in die zweite Axialrichtung mit einer zweiten Neigung β zu der Axialen. Die zweite Neigung β ist dabei im arithmetischen Mittel größer als die erste Neigung α. Insgesamt verjüngt sich der Ventilkolben 10 in die zweite Axialrichtung von der Steuerkante ausgehend bis zu dem freien vorderen Ende 11. Das freie vordere Ende 11 wird bevorzugt von einer Stirnfläche des Ventilkolbens gebildet.
Der Ventilkolben 10 verjüngt sich von den vorlaufende Umfangsabschnitten 15a ausgehend mit einer konstanten Neigung α. Von den nachlaufenden Umfangsabschnitten 14a ausgehend verjüngt sich der Ventilkolben 10 in die zweite Axialrichtung rund gewölbt mit einer sich ändernden Neigung β, wobei sich der Ventilkolben 10 am vorderen freien Ende 11 im Bereich der nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a konisch verjüngt.
Des Weiteren umfasst der Ventilkolben 10 eine Axialbohrung 18 und eine zweite Axialbohrung 17. Die Axialbohrung 18 erstreckt sich von dem vorderen freien Ende ausgehend in die erste Axialrichtung, während sich die zweite Axialbohrung 17 von dem hinteren freien Ende 12 des Ventilkolbens 10 in die zweite Axialrichtung erstreckt. Die beiden Axialbohrung sind fluidkommunizierend miteinander über wenigstens eine weitere Bohrung verbunden.
Bevorzugt wird der Ventilkolben 10 in dem Steuerventil V so eingebaut, dass die Axialbohrung 18 fluidkommunizierend mit dem Steueranschluss S und/oder dem Einlass I verbunden ist. Die Ventilkolbenoberfläche am sich von der Steuerkante 16 in die zweite Axialrichtung verjüngenden Endabschnitt des Ventilkolbens 10 bildet die Steuerfläche des Ventilkolbens 10. Der Ventilkolben 10 ist vorteilhaft in dem Steuerventil V so eingebaut, dass die Steuerfläche mit der Hochdruckseite einer Pumpe verbunden ist.
In den 7-9 ist das Steuerventil V in einer ersten Kolbenposition, einer zweiten Kolbenposition und einer dritten Kolbenposition dargestellt. Das Steuerventil V der 7-9 ist beispielhaft in dem Gehäuse einer Pumpe angeordnet. Wie bereits erläutert kann die Anordnung des Steuerventils V in dem Gehäuse einer Pumpe vorteilhaft sein, das Steuerventil V kann aber auch separat ausgebildet sein.
7 zeigt das Steuerventil in seiner ersten Kolbenposition, in welcher der Einlass I von den Auslässen N, O getrennt ist. Der Einlass I wird durch einen Hochdruckraum der Pumpe gebildet, welcher an einem axialen Ende des Steuerventil V ausgebildet ist, vorzugsweise an dem freien vorderen Ende 11 des Ventilkolbens 10. Der Einlass I ist gleichzeitig der Steueranschluss S des Steuerventils V. Am axial gegenüberliegenden Ende, dem freien hinteren Ende 12 des Ventilkolbens, ist das Rückstellelement 20 angeordnet. Das axial hintere Ende 12 des Ventilkolbens 10 ist im Gegensatz zu dem freien vorderen Ende 11 mit der Niederdruckseite der Pumpe oder direkt mit dem Reservoir R verbunden.
Steigt der Fluiddruck auf der Hochdruckseite der Pumpe sorgt die Druckdifferenz zwischen dem freien vorderen Ende 11 des Ventilkolbens 10 und dem freien hinteren Ende 12 dafür, dass sich der Ventilkolben beim Überschreiten einer Schwellendruckdifferenz in die erste Axialrichtung gegen die Kraft des Rückstellelements bewegt. Sobald die Steuerkante 16, insbesondere die vorlaufenden Umfangsabschnitte 15a der Steuerkante, mit dem Auslass O überlappen kann Fluid von dem Einlass I über den Auslass O abströmen. Somit ist die zweite Schaltstellung des Steuerventils V erreicht.
Durch die Axialbewegung des Ventilkolbens 10 in die erste Axialrichtung überlappen zuerst die vorlaufende Umfangsabschnitte 15a mit dem Auslass O und erst später die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a. Auf diese Weise wird der Fluidstrom von dem Einlass I zum Auslass O langsam aufgebaut. D.h. anfänglich sind der Einlass I und der Auslass O nur in dem Umfangsbereich ausgehend von den vorlaufenden Umfangsabschnitte 15a in Richtung des vorderen freien Ende 11 des Ventilkolbens 10 miteinander verbunden. Die von den vorlaufenden Umfangsabschnitten begrenzten Vertiefungen 15 bilden zunächst über den Umfang verteilte Kanäle, welche den Einlass I mit dem Auslass O verbinden. Steigt der Fluiddruck auf der Hochdruckseite der Pumpe weiter, sodass sich der Ventilkolben 10 weiter in die erste Axialrichtung bewegt und sodass auch die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a mit dem Auslass O überlappen, kann das Fluid über die ganzen 360° des Umfangs des Ventilkolbens 10 vom Einlass I zum Auslass O strömen.
Die zweite Kolbenposition ist im 8 gezeigt, wobei sowohl die vorlaufenden Umfangsabschnitte 15a als auch die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a mit dem Auslass O überlappen. In der zweiten Kolbenposition ist der Einlass I mit dem Auslass O verbunden, sodass Fluid von dem Einlass I über den Auslass O und dem Verbraucheranschluss 6 einem Fluidverbraucher zugeführt werden kann.
Bei einem weiteren Anstieg des Fluiddrucks auf der Hochdruckseite der Pumpe bewegt sich der Ventilkolben 10 weiter in die erste Axialrichtung, in eine dritte Kolbenposition. In der dritten Kolbenposition ist der Einlass I mit dem Auslass O und den Auslass N verbunden. Durch die Axialbewegung des Ventilkolbens 10 in die erste Axialrichtung überlappen zuerst die vorlaufende Umfangsabschnitte 15a mit dem Auslass N und erst später die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a. Die Ausführungen bezüglich der zweiten Kolbenposition gelten analog für die dritte Kolbenposition.
In der 10 und der Detailansicht C in 11 ist das Steuerventil V mit einem um 45° um die Axiale gedrehte Ventilkolben im Vergleich zu den 7-9 zu sehen. D.h. in den 10 und 11 ist der Ventilkolben in einem Längsschnitt durch die vorlaufende Umfangsabschnitte 15a zu sehen, vergleiche auch 5.
In den 10 und 11 ist der Zustand gezeigt, in welchem sich der Ventilkolben aus der ersten Kolbenposition in die zweite Kolbenposition bewegt hat, sodass zunächst nur die vorlaufende Umfangsabschnitte 15a mit dem Auslass O überlappen, während die nachlaufenden Umfangsabschnitte 14a gerade mit der in die zweite Axialrichtung gelegenen Kante des Auslass O bündig abschließen.
Die Vertiefungen 15, welche von den vorlaufende Umfangsabschnitte 15a in der ersten Axialrichtung begrenzt werden, fungieren so als kleine Kanäle, durch welche ein Fluidstrom vom Einlass I zum Auslass O, oder analog zum Auslass N in der dritten Kolbenposition, in axialer Richtung strömen kann.
12 zeigt ein Steuerventil V', welches als Bypassventil einer dritten Pumpe P3 fungiert. Die dritte Pumpe P3 saugt Fluid aus einem Reservoir R an und gibt dieses unter Druckerhöhung an den Fluidverbraucher Q weiter. Der Fluidverbraucher Q kann beispielsweise wie in 1 eine zweite Pumpe P2 oder ein anderer Fluidverbraucher eines Kraftfahrzeugs sein.
Das Steuerventil V' der 12 unterscheidet sich von dem Steuerventil V der 1 dadurch, dass das Steuerventil V' ein 2/2-Wegeventil ist im Gegensatz zu den 3/3-Wegeventile der 1.Das Steuerventil V' umfasst einen Einlass I und einen Auslass N, welche in einer ersten Schaltstellung voneinander getrennt sind und mittels einer zweiten Schaltstellung miteinander verbunden werden können. Der Einlass I ist mit der Hochdruckseite der Pumpe P3 verbunden, während der Auslass N mit der Niederdruckseite der Pumpe P3 verbunden ist. Alternativ könnte der Auslass N auch direkt mit dem Reservoir R verbunden sein. Ansonsten ist das Steuerventil V' analog zu dem Steuerventil V und umfasst beispielsweise ebenfalls einen Ventilkolben 10.
Die Steuerung des Steuerventils V' ist analog zu der Steuerung des Steuerventils V umgesetzt. D.h. das Steuerventil V' umfasst wenigstens einen Steueranschluss, eine Steuerfläche sowie ein Rückstellelement. Das Steuerventil V' kann die Fluidversorgung eines Fluidverbrauchers unterbrechen, um diesen beispielsweise vor Schaden zu bewahren, falls der Fluiddruck einen Schwellenwert überschreitet.

Claims

Steuerventil (V) umfassend: 1.1 einen Ventilkolben (10), der aus einer ersten Kolbenposition in eine erste Axialrichtung bis wenigstens in eine zweite Kolbenposition beweglich ist, 1.2 einen an eine Hochdruckseite einer Pumpe (P1) anschließbaren Einlass (I), 1.3 einen Auslass (N, O) zur Verbindung mit einer Niederdruckseite der Pumpe (P1) oder einem Fluidverbraucher (Q) des Kraftfahrzeugs, 1.4 wobei der Ventilkolben (10) in einer der Kolbenpositionen den Auslass (N, O) vom Einlass (I) trennt und 1.5 in der anderen der Kolbenpositionen eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (N, O) zulässt, wobei 1.6 der Ventilkolben (10) einen axialen Dichtabschnitt (13) und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt (13) axial begrenzende Steuerkante (16) aufweist, um die Verbindung von Einlass (I) und Auslass (N, O) zu steuern, und 1.7 die Steuerkante (16) relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte (14a, 15a), nämlich einen oder mehrere in die erste Axialrichtung vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und einen oder mehrere in die erste Axialrichtung nachlaufende Umfangsabschnitte (14a), aufweist.
Fluidversorgungssystem, das zur Versorgung eines oder mehrerer Fluidverbraucher (H, Q) eines Kraftfahrzeugs mit Fluid eine Pumpe (P1) und ein Steuerventil (V) umfasst, das Steuerventil (V) umfassend: 2.1 einen Ventilkolben (10), der aus einer ersten Kolbenposition in eine erste Axialrichtung bis wenigstens in eine zweite Kolbenposition beweglich ist, 2.2 einen an eine Hochdruckseite der Pumpe (P1) angeschlossenen Einlass (I), 2.3 einen Auslass (N, O) zur Verbindung mit einer Niederdruckseite der Pumpe (P1) oder einem Fluidverbraucher (Q) des Kraftfahrzeugs, 2.4 wobei der Ventilkolben (10) in einer der Kolbenpositionen den Auslass (N, O) vom Einlass (I) trennt und 2.5 in der anderen der Kolbenpositionen eine Förderung vom Einlass (I) zum Auslass (N, O) zulässt, wobei 2.6 der Ventilkolben (10) einen axialen Dichtabschnitt (13) und am äußeren Kolbenumfang eine den Dichtabschnitt (13) axial begrenzende Steuerkante (16) aufweist, um die Verbindung von Einlass (I) und Auslass (N, O) zu steuern, und 2.7 die Steuerkante (16) relativ zueinander axial versetzte Umfangsabschnitte (14a, 15a), nämlich einen oder mehrere in die erste Axialrichtung vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und einen oder mehrere in die erste Axialrichtung nachlaufende Umfangsabschnitte (14a), aufweist.
Fluidversorgungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuerkante (16) mehrere vorlaufende Umfangsabschnitte (15a) und mehrere nachlaufende Umfangsabschnitte (14a) aufweist, die in Umfangsrichtung in alternierender Abfolge angeordnet sind und vorzugsweise die Steuerkante (16) vollständig über 360° umlaufend bilden.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren nachlaufenden Umfangsabschnitte (14a) in einer Radial-Tangential-Ebene verläuft oder verlaufen.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen (15) aufweist und sich die jeweilige Vertiefung (15) in einer radialen Sicht auf den äußeren Kolbenumfang in die erste Axialrichtung zwischen zwei nachlaufenden Umfangsabschnitten (14a) hindurch erstreckt und von einem vorlaufenden Umfangsabschnitt (15a) berandet wird.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang eine oder mehrere Vertiefungen (15) aufweist und die jeweilige Vertiefung (15) eine in Längsschnitten des Ventilkolbens (10) mit variabler oder vorzugsweise konstanter Neigung (α) zur Axialen erstreckte Nut ist.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Steuerkante (16) in einer Abwicklung des äußeren Kolbenumfangs aus geraden Abschnitten, die vorzugsweise die nachlaufenden Umfangsabschnitte (14a) sind, und von den geraden Abschnitten rund in Axialrichtung, vorzugsweise in die erste Axialrichtung, ausbauchenden Abschnitten, die vorzugsweise die vorlaufenden Umfangsabschnitte (15a) sind, zusammensetzt.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang, vorzugsweise vollständig über 360° umlaufend, von der Steuerkante (16) aus zu einer Axialen mit einer Neigung (α, β) größer 0° verjüngt, wobei die Neigung bis zu 90° betragen kann, vorzugsweise aber kleiner als 70° oder kleiner als 60° ist.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Ventilkolben (10) am äußeren Kolbenumfang in axialer Richtung vom jeweiligen vorlaufenden Umfangsabschnitt (15a) ausgehend zu einer Axialen mit einer ersten Neigung (α) und vom jeweiligen nachlaufenden Umfangsabschnitt (14a) ausgehend zur Axialen mit einer von der ersten Neigung (α) verschiedenen zweiten Neigung (β) verjüngt, wobei die zweite Neigung (β) vorzugsweise zumindest im arithmetischen Mittel größer als die erste Neigung (α) ist.
Fluidversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Ventilkolben (10) in axialer Richtung von der Steuerkante (16) ausgehend bis zu einem freien vorderen Ende (11) verjüngt.