DE19717922A1 - Zweistufenregelventil - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
- F01M1/00—Pressure lubrication
- F01M1/16—Controlling lubricant pressure or quantity
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
- F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
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Description
Die als Schmierpumpen in Verbrennungsmotoren eingesetzten Pumpen verschiedener
Bauarten befinden sich stets, um ein Stillstehen der Pumpe und damit ein
Trockenlaufen des Motors auszuschließen, in direkter Verbindung mit der
Antriebswelle des Motors. Sie werden beim Anspringen des Motors in Bewegung
gesetzt und sind in ihrer Drehzahl direkt von diesem abhängig. Dies bringt, neben dem
Vorteil der Zwangsschmierung des Motors, auch Nachteile mit sich. So steht dem
Motor beim Anlaufen und in Leerlaufdrehzahlen relativ wenig Öl zur Verfügung, in
hohen Drehzahlen ergibt sich ein Überschuß an Schmieröl, der zu einem Druckaufbau
im gesamten Ölversorgungsbereich des Motors führt und, bei unakzeptabel hohem
Druck, Schäden im Motor hervorrufen könnte. Um vor allem die Versorgung des
Motors mit Schmieröl in allen Betriebszuständen sicherzustellen, muß man die Pumpe
so auslegen, daß sie im Anlauf und Leerlauf ausreichende Mengen fördert. Damit wird
das Überschußproblem in hohen Drehzahlen noch verschärft. Der Ölüberschuß, der
mit steigenden Drehzahlen zunimmt, muß deshalb aus dem Förderstrom
herausgenommen werden, um den schädlichen Überdruck abzubauen. Dies geschieht
über ein Überdruckventil, welches bei Erreichen eines bestimmten Drucks geöffnet
wird und das überschüssige Öl direkt wieder zurückführt, vorzugsweise über einen
Bypass in den Saugbereich der Pumpe, in anderen Ausführungen in die Ölwanne.
Alternativlösungen in Form von regelbaren Pumpen, bei denen mit zunehmender
Drehzahl des Motors eine Verminderung der Ölförderung eintritt, sind zwar angedacht,
befinden sich aber noch nicht in der Anwendung. Es ist auch zweifelhaft, ob sie so zur
sicheren Serienreife geführt werden können, daß damit das Problem des
Überschußöls zu lösen ist.
Die kritische Regelgröße bei der Auslegung von Pumpe und Überdruckventil ist der
Öldruck, der zum Öffnen des Ventils führt. Da die Ventilöffnung so groß sein muß, daß
auch die höchsten auftretenden Ölfördermengen zuverlässig bis auf eine
Mindestmenge abgeführt werden, darf der Grenzdruckwert nicht zu niedrig angesetzt
werden. Üblicherweise liegt er in einer Größenordnung von zwischen 5 und 7 bar, je
nach Konstruktion des mit Öl zu versorgenden Motors. Diese Festlegung muß aber
zwangsläufig dazu führen, daß in Betriebszuständen, in denen der Öldruck unterhalb
des Grenzwerts, aber oberhalb der für die Mindestversorgung des Motors notwendigen
Höhe liegt, die hydraulische Leistung der Pumpe bereits über dem optimalen Wert
liegt. Dies führt dann zu einem erhöhten Bedarf an Antriebsleistung und damit zu
erhöhtem Kraftstoffverbrauch im Motor. Es hat sich deshalb als wünschenswert
erwiesen, die Abregelung des Überdrucks in Stufen erfolgen zu lassen, so daß
zunächst nur Teilmengen und sodann in weiteren Schritten schließlich die gesamte
abzuführende Menge aus dem Pumpkreislauf abgeleitet wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Abregelung in 2 Stufen
erfolgt, wobei das Druckniveau des 1. Regeldrucks sich deutlich von dem Druckniveau
des 2. Regeldrucks unterscheiden muß. Als besonders günstig hat sich eine Teilung in
der Weise erwiesen, daß der 1. Regeldruck etwa 30% des 2. Regeldrucks ausmacht.
Die Ergebnisse dieser erfindungsgemäßen Verbesserung der Pumpenausführung sind
außerordentlich. Bei betriebsrelevanten Motorendrehzahlen zwischen 1.500 und 4.000
1/min lassen sich je nach Öltemperatur bei mittleren Pumpengrößen
Leistungseinsparungen von bis zu 200 Watt erzielen. Dies entspricht etwa 1/3 der
Gesamtleistungsaufnahme der Pumpe. Die Ergebnisse von erfindungsgemäßen
Pumpenausführungen bezüglich Reduzierung der Fördermengen und der
Leistungsaufnahme sind in den Diagrammen in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt. Die
Abregelpunkte der 1. und der 2. Druckstufe sind darin jeweils mit A (1. Druckstufe) und
B (2. Druckstufe) gekennzeichnet. Die deutlichen Verbesserungen der
Betriebscharakteristik der Pumpe sind erkennbar.
Für die zweistufige Abregelung werden erfindungsgemäß zwei alternative technische
Gestaltungen vorgesehen. Die erste Variante weist einen relativ langen Öffnungshub
des Ventilkolbens auf, bei dem der Kolben nacheinander 2 Öffnungen im Ventilzylinder
frei gibt. Die 1. Öffnung gestattet in diesem Fall den Abfluß einer Teilmenge des
abzuführenden Öls. Die größte zulässige Abflußmenge wird erst erreicht, wenn beide
Öffnungen völlig freigegeben sind. In der zweiten Variante weist der Ventilzylinder nur
eine Abflußöffnung auf, während der Ventilkolben zweiteilig ausgeführt ist. Diese
Ausführung wird vorzugsweise dann angewandt, wenn die Baulänge des Ventils ein
Grenzkriterium ist. Ein 1. Kolbenteil, der sich im 2. Kolbenteil befindet, gibt bei
Druckerhöhung so weit nach, daß bei Erreichen des 1. Abregelpunktes ein Teil der
Abflußöffnung geöffnet wird. Bei weiterem Druckanstieg wird auch der 2. Teil des
Kolbens mitgenommen und damit dann die gesamte Abflußöffnung freigegeben. Es
wäre denkbar, beide Ausführungen zu kombinieren, womit eine noch feinere Stufung
der Abflußregelung geschaffen werden könnte. Dies hat sich jedoch bisher im
praktischen Betrieb nicht als notwendig erwiesen.
Die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ausführung sind in den Abbildungen gemäß
Fig. 3 bis Fig. 8 dargestellt. Die Fig. 3 bis 5 zeigen die Ausführung mit einteiligem
Kolben und 2 Abströmöffnungen, die Fig. 6 bis 8 die Ausführung mit zweiteiligem
Kolben und einer Abströmöffnung. Es sind jeweils die Grundstellung und der 1. und 2.
Abregelpunkt dargestellt.
In den Fig. 3 bis 5 befindet sich innerhalb des Ventilkörpers (1) die Ventilbohrung (2),
in der der innen hohle Kolben mittels der Feder (4) gegen den Sitz (5) gedrückt wird.
Die Abströmöffnungen (6) und (7) sind in der in Fig. 3 dargestellten Grundstellung
gegenüber der Zuflußöffnung (8), die mit dem Pumpen-Innenraum in Verbindung
steht, abgedichtet. Die unterschiedlichen Querschnitte der Abströmöffnungen (6) und
(7) sind in Abhängigkeit vom jeweiligen Öl bedarf des Motors zu wählen. Ihre Lage in
Bezug auf den Sitz (5) und untereinander bestimmt - im Zusammenwirken mit der
wirkenden Kraft der Feder (4) - den Druck, bei dem der 1. bzw. 2. Regelpunkt erreicht
wird. Diese Maße sind sämtlich nach der Charakteristik des zu versorgenden Motors
und der eingesetzten Pumpe mit den dem Fachmann bekannten Methoden zu
ermitteln.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Ventilausführung mit einteiligem Kolben im Zeitpunkt des
Erreichens des 1. Abregelpunktes (Fig. 4) bzw. des Erreichens des 2. Abregelpunktes
(Fig. 5). Zwischenstellungen sind nicht dargestellt. Der Kolben (3) wird bei steigendem
Druck in der Zuflußöffnung (8) zunächst vom Sitz (5) abgehoben und sodann über die
Abströmöffnung (6) und schließlich auch die Abströmöffnung (7) hinausgedrückt.
In Fig. 6 bis 8 befindet sich innerhalb des Ventilkörpers (1) die Ventilbohrung (2) mit
dem 2. Regelkolben (9), der durch die Feder (10) gegen den Sitz (5) gepreßt wird. Die
Feder (10) reicht dabei in die obere Kammer (11) des 2. Regelkolbens (9) und stützt
sich gegen dessen Querwand (12) ab. In der unteren Kammer (13) des 2.
Regelkolbens ist der 1. Regelkolben (14) angeordnet, der von der Feder (15) in
Richtung des Sitzes (5) gedrückt wird, die ihrerseits sich an ihrem oberen Ende gegen
die Querwand (12) abstützt. Das Ventilgehäuse (1) weist nur eine Abströmöffnung (16)
auf. Der 2. Regelkolben (9) ist im Bereich der unteren Kammer (13) achsparallel zu der
Abströmöffnung (16) mit den Bohrungen (17) versehen. Der Querschnitt der
Bohrungen (17) ist geringer als der der Abströmöffnung (16). In der Grundstellung wird
der 1. Regelkolben (14) von der Feder (15) gegen den Sicherungsring (18) gedrückt,
der sich unterhalb der Bohrungen (17) befindet, so daß diese durch den 1.
Regelkolben (14) verschlossen werden. Die Abströmöffnung (16) ist damit gegen die
Zuströmöffnung (8) abgedichtet.
Das Verhältnis der Querschnitte der Bohrungen (17) und der Abströmöffnung (16)
bestimmt die in der 1. und der 2. Regelstufe erfolgende Versorgung des Motors mit Öl
und ist nach dessen Charakteristik auszulegen, in gleicher Weise wie die Lage der
Bohrungen (17) im 2. Regelkolben (9) in Beziehung auf die Abströmöffnung 16. Wie in
der in Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführung sind diese Maße nach dem Fachmann
bekannten Verfahren aus den Motoren- und Pumpencharakteristiken zu ermitteln.
Die weiteren Figuren zeigen das Erreichen des 1. Abregelpunktes (Fig. 7) und des 2.
Abregelpunktes (Fig. 8). Zwischenzustände sind nicht dargestellt. Mit zunehmendem
Druck in der Zuflußöffnung (8) wird zunächst der 1. Regelkolben (14) gegen die -
schwächer als die Feder (10) ausgelegte - Feder (15) gedrückt und von dem
Sicherungsring (18) abgehoben. Er gibt sodann die Bohrungen (17) frei, die ihrerseits
in Verbindung mit der Abströmöffnung (16) stehen. Nach Erreichen der Endstellung
des 1. Regelkolbens (14) wird der 2. Regelkolben (9) vom Sitz (5) abgehoben, so daß
er schließlich die Abflußöffnung (16) freigibt. Unmittelbar nach Erreichen dieses
Punktes wirken der volle Querschnitt der Bohrungen (17) und die zusätzliche Öffnung
der Abströmöffnung (16) am unteren Ende des Regelkolbens (9) zusammen, bis
schließlich der gesamte Querschnitt der Abflußöffnung (16) freigegeben ist.
Zeichnerisch nicht dargestellt, technisch jedoch durchführbar ist eine Kombination der
Ventilausführung nach Fig. 3 bis 5 und nach Fig. 6 bis 8. Sie kann dann gewählt
werden, wenn eine mehrstufige, feinere Regelung des Pumpendrucks gewünscht wird,
was insbesondere dann angebracht sein kann, wenn der mit Öl zu versorgende Motor
über einen sehr großen Drehzahlbereich unter Last betrieben werden soll. Bei der
Kombination der beiden Varianten sind die 2 Abströmöffnungen im Ventilkörper, die
Bohrungen im Regelkolben und die Dicke des 1. Regelkolbens so aufeinander
abzustimmen, daß sich nacheinander die teilweise Freigabe der 1. Abströmöffnung,
deren vollständige Freigabe, die zusätzliche teilweise Freigabe der 2. Abströmöffnung
und sodann auch deren vollständige Freigabe ergeben. Es lassen sich damit 4 statt 2
Regelpunkten erreichen.
Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen sind Gegenstand
der Ansprüche 1 bis 4. Die Unteransprüche 5 und 6 umfassen die bevorzugten Formen
der Abströmöffnungen und Bohrungen. Diese werden in erster Linie, auch aus
Herstellgründen, kreisförmigen Querschnitt haben. Durch eine tropfen- oder
keilförmige Gestaltung, wobei das schmalere Ende der Öffnung oder Bohrung in
Richtung der Zuflußöffnung 8 liegt, kann jedoch das abzuführende Volumen nochmals
feinreguliert werden. Der bei Beginn der Öffnung zunächst nur minimale Abfluß steigt
bei diesen Ausführungen mit fortschreitender Öffnung zusätzlich dadurch an, daß sich
der freie Querschnitt nicht nur öffnungs-, sondern auch gestaltabhängig vergrößert.
Die Herstellung entsprechender Öffnungsformen ist bei Erzeugung durch Gießen oder
Pulverpressen ohne wesentlichen Zusatzaufwand möglich.
Es leuchtet ein, daß die Anwendung eines erfindungsgemäßen Überdruckventils nicht
auf die Ölversorgung von Verbrennungsmotoren beschränkt ist, sondern überall dort
stattfinden kann, wo Verbraucher fortlaufend mit flüssigen Medien versorgt werden
müssen und unerwünschte Schwankungen im Druckniveau des geförderten Mediums
reguliert werden sollen.
1
Ventilkörper
2
Ventilbohrung
3
Regelkolben
4
Feder
5
Sitz
6
1. Abströmöffnung
7
2. Abströmöffnung
8
Zuflußöffnung
9
2. Regelkolben
10
Feder
11
Obere Kammer des 2. Regelkolbens
12
Querwand des 2. Regelkolbens
13
Untere Kammer des 2. Regelkolbens
14
1. Regelkolben
15
Feder
15
Abströmöffnung
17
Bohrung des 2. Regelkolbens
18
Sicherungsring
Claims (6)
1. Überdruckventil, vorzugsweise für eine schmierölfördernde Pumpe zu einem
Verbrennungsmotor, deren Drehzahl direkt abhängig ist von der Drehzahl des zu
versorgenden Motors, bestehend aus einem im Pumpengehäuse enthaltenen oder
mit diesem verbundenen Regelventil, das in seinem Ventilkörper (1) eine Bohrung
(2) aufweist, deren eines, offenes Ende mit dem Druckraum der Pumpe in
Verbindung steht, und das eine Abströmöffnung aufweist, die in den Pumpenraum
zurück oder zum Ölsammelraum des zu versorgenden Motors führt, und einem in
der Ventilbohrung (2) verschiebbar angeordneten Kolben (3) der, getrieben durch
mechanische oder hydraulische Mittel, bei zulässigen Betriebsdrücken im zu
fördernden Medium die Abflußöffnung des Ventils verschließt und diese bei
Druckanstieg über eine zulässige Grenze hinaus freigibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
anstelle einer Abflußöffnung im Ventilkörper (1) wenigstens 2 hintereinander
angeordnete Abflußöffnungen (6) und (7) geringeren Querschnitts vorhanden sind,
die durch den Kolben (3) bei fortlaufendem Druckanstieg nacheinander
freigegeben werden.
2. Überdruckventil, vorzugsweise für eine schmierölfördernde Pumpe zu einem
Verbrennungsmotor, deren Drehzahl direkt abhängig ist von der Drehzahl des zu
versorgenden Motors, bestehend aus einem im Pumpengehäuse enthaltenen oder
mit diesem verbundenen Regelventil, das in seinem Ventilkörper (1) eine Bohrung
(2) aufweist, deren eines, offenes Ende mit dem Druckraum der Pumpe in
Verbindung steht und das eine Abströmöffnung aufweist, die in den Pumpenraum
zurück oder zum Ölsammelraum des zu versorgenden Motors führt, und einem in
dem Ventilbohrung (2) verschiebbar angeordneten Kolben (3), der, getrieben durch
mechanische oder hydraulische Mittel, bei zulässigen Betriebsdrücken im zu
fördernden Medium die Abflußöffnung des Zylinders verschließt und diese bei
Druckanstieg über eine zulässige Grenze hinaus freigibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Regelkolben aus 2 Teilen besteht, die bei steigendem Förderdruck
nacheinander in der Weise bewegt werden, daß das 1. Teil des Kolbens nur einen
Teil der Abflußöffnung freigibt und deren Vollöffnung erst bei Miteinbeziehung des
2. Teils des Kolbens erreicht wird.
3. Überdruckventil, vorzugsweise für eine schmierölfördernde Pumpe zu einem
Verbrennungsmotor, deren Drehzahl direkt abhängig ist von der Drehzahl des zu
versorgenden Motors, bestehend aus einem im Pumpengehäuse enthaltenen oder
mit diesem verbundenen Regelventil, das in seinem Ventilkörper (1) eine Bohrung
(2) aufweist, deren eines, offenes Ende mit dem Druckraum der Pumpe in
Verbindung steht und das eine Abströmöffnung aufweist, die in den Pumpenraum
zurück oder zum Ölsammelraum des zu versorgenden Motors führt, und einem in
dem Ventilbohrung (2) verschiebbar angeordneten Kolben (3), der, getrieben durch
mechanische oder hydraulische Mittel, bei zulässigen Betriebsdrücken im zu
fördernden Medium die Abflußöffnung des Zylinders verschließt und diese bei
Druckanstieg über eine zulässige Grenze hinaus freigibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Ventilkörper (1) wenigstens 2 hintereinander angeordnete Abströmöffnungen (6) und (7) geringeren Querschnitts vorhanden sind, die durch den Regelkolben bei fortlaufendem Druckanstieg nacheinander freigegeben werden, und
der Regelkolben aus 2 Teilen besteht, die bei steigendem Förderdruck nacheinander in der Weise bewegt werden, daß das 1. Teil des Regelkolbens nur einen Teil der Abströmöffnung (6) und anschließend (7) freigibt und deren jeweilige Vollöffnung erst bei Miteinbeziehung des 2. Teils des Regelkolbens erreicht wird.
im Ventilkörper (1) wenigstens 2 hintereinander angeordnete Abströmöffnungen (6) und (7) geringeren Querschnitts vorhanden sind, die durch den Regelkolben bei fortlaufendem Druckanstieg nacheinander freigegeben werden, und
der Regelkolben aus 2 Teilen besteht, die bei steigendem Förderdruck nacheinander in der Weise bewegt werden, daß das 1. Teil des Regelkolbens nur einen Teil der Abströmöffnung (6) und anschließend (7) freigibt und deren jeweilige Vollöffnung erst bei Miteinbeziehung des 2. Teils des Regelkolbens erreicht wird.
4. Überdruckventil nach Ansprüchen 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der 1. Teil des Kolbens sich innerhalb des 2. Teils des Kolbens befindet und der 2.
Teil des Kolbens Bohrungen (17) aufweist, die einerseits zur Zuflußöffnung (8),
andererseits zur Abströmöffnung (16) geöffnet sind, geringeren Querschnitt als die
Abströmöffnung (16) aufweisen und in Grundstellung des Regelventils durch den
1. Teil des Kolbens (14) verschlossen sind.
5. Überdruckventil nach Ansprüchen 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abströmöffnungen (6), (7) bzw. (16) und/oder die Bohrungen (17) kreisförmig
sind.
6. Überdruckventil nach Ansprüchen 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abströmöffnungen (6), (7), bzw. (16) und/oder die Bohrungen (17)
tropfenförmig oder keilförmig sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997117922 DE19717922A1 (de) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | Zweistufenregelventil |
PCT/DE1998/001189 WO1998049431A1 (de) | 1997-04-28 | 1998-04-28 | Zweistufenregelventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997117922 DE19717922A1 (de) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | Zweistufenregelventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19717922A1 true DE19717922A1 (de) | 1998-10-29 |
Family
ID=7827994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997117922 Withdrawn DE19717922A1 (de) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | Zweistufenregelventil |
Country Status (2)
Country | Link |
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