EP2855919B1

EP2855919B1 - Druckregelventil

Info

Publication number: EP2855919B1
Application number: EP13718167.3A
Authority: EP
Inventors: Martin Katz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: EP2855919A1; CN104364510B; CN104364510A; WO2013178402A1; IN2014DN07381A; DE102012209226A1

Description

Stand der Technik

Aus DE 10 2004 002 964 A1 ist ein Druckregelventil bekannt, bei dem bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine das Druckregelventil geöffnet ist, was bedeutet, dass eine Verbindung vom Hochdruckspeicher in eine Niederdruckleitung von einem Schließelement freigegeben ist. Dazu weißt das Druckregelventil einen Magnetaktor auf, der zu beschließen des Schließelements bestromt wird, in dem ein Anker das Schließelement in einen Ventilsitz stellt. Zum Öffnen des Schließelementes ist ein Federelement vorgesehen, das entgegen der Magnetkraft des Magnetaktors wirkt und dadurch den Anker und einen daran befestigten Ankerbolzen in Öffnungsrichtung bewegt. Und dadurch hebt das Schließelement vom Ventilsitz ab und gibt eine hydraulische Rücklaufverbindung zwischen dem Hochdruckspeicher und der Niederdruckleitung frei. Die hydraulische Rücklaufverbindung zur Niederdruckleitung erfolgt aus einem dem Ventilsitz nachgeordneten Ventilraum heraus, aus dem radial seitlich abzweigende Bohrungen vorgesehen sind, die in einer Niederdruckleitung im Gehäuse des Hochdruckspeichers münden.
DE 10 2010 043 097.7 und die US 5 549 274 A betrifft ebenfalls ein Druckregelventil. Dieses dient dem Öffnen bzw. Verschließen eines Ablaufes eines Hochdruckspeichers für eine Einspritzeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen und umfasst ein Ventilelement. Dieses ist von einem Magnetaktor betätigt. Der Magnetaktor wirkt mittels eines Ankers auf ein Schließelement ein, das eine hydraulische Verbindung vom Hochdruckspeicher zu einem Ventilraum verschließt oder frei gibt. Und die Ankerplatte umfasst eine Ankerplatte und einen Ankerbolzen und ist in einem Ventilgehäuse axial beweglich geführt. Die Ankerplatte ist in einem Ankerraum beweglich angeordnet. Der Ventilraum steht hydraulisch mit einem Niederdruckanschluss in Verbindung. Der Ankerraum ist über eine Rücklaufverbindung hydraulisch mit dem Ventilraum verbunden.
Aus der DE 100 52 604 A1 ist ein Druckregelventil in Form eines Magnetventils bekannt, dass zur Steuerung eines Einpritzventils einer Brennkraftmaschine genutzt wird, wobei das Magnetventil einen Elektromagneten, einen beweglichen Anker, ein mit dem Anker bewegtes und mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Steuerventilglied zum Öffnen und Schließen eines Kraftstoffablaufkanals eines Steuerdruckraums.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, der auf das kugelförmig ausgebildete Schließelement zuströmenden Kraftstoffströmung einen eindeutigen Strömungsweg aufzuprägen, um somit die Strömung um das kugelförmig ausgebildete Schließelement zu stabilisieren. Um einen eindeutigen Strömungsweg vorzugeben, ist dafür Sorge zu tragen, dass die Strömung am Ende des Sitzes ablöst und sich an die Kugel anlegt. Dies wird dadurch erreicht, dass am Ende des Sitzbereiches eine scharfe sich nach außen öffnende Kante ausgebildet wird. Der Öffnungswinkel der sich nach außen öffnenden Kante am Ende des Sitzbereiches liegt in der Größenordnung von etwa 20° größer verglichen mit dem Ventilsitzwinkel. In optimalerweise beträgt der Öffnungswinkel ca. 180°.
Um zu erreichen, dass sich die Strömung am kugelförmig ausgebildeten Schließelement anlegt, wird erfindungsgemäß ein Abfluss in axialer Richtung geschaffen, welcher die Strömung ab einem Kugelumschlingungswinkel von ca. 120° aufnimmt. Dabei ist jedoch stets gewährleistet, dass der Magnetaktor eine Kraft auf das kugelförmig ausgebildete Schließelement ausübt. Der Kugelanschlag ist entweder als Kugelkalotte oder als Kegel ausgebildet, sodass sich eine dementsprechende Lagefixierung des kugelförmig ausgebildeten Schließelementes einstellt und die notwendigen Kräfte zum sicheren Geschlossenhalten des kugelförmig ausgebildeten Schließelementes bei vorgegebenem Hochdruckniveau übertragen werden können.
In den Kugelanschlag werden nun mehrere Freisetzungen, vorzugsweise mindestens 3, symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet, über welche Absteuermenge in den Rücklauf abgeleitet wird. Auf der anderen Seite dieser kleinen sich im Wesentlichen axial erstreckenden Bohrungen sammelt sich die abgesteuerte Menge in einer Zentralbohrung, die das Fluid, hier Kraftstoff, weiterleitet. Der Querschnitt der mindestens 3 sich im Wesentlichen in axiale Richtung erstreckenden Öffnungen ist so gewählt, dass jede einzelne Bohrung als Drossel wirkt jedoch die Gesamtquerschnittsfläche zur Absteuerung der kompletten Rücklaufmenge ausreichend ist. Somit wird eine definierte Druckdifferenz Δp bei maximalem Durchfluss erreicht.
Die Ableitung des Fluids erfolgt am Ende der axialen Bohrungen mit einem Winkelstück. In dieses Winkelstück kann eine Drossel integriert sein, welche sich auch in alternativer Ausführungsform am Ende der zentralen Bohrung befinden kann. Mittels dieses Drosselelementes können rücklaufende Druckwellen vom Ventil ferngehalten werden. Eine vorzugsweise aus 90°-Anbindung gestaltete hydraulische Verbindung an sich verhindert bereits einen Teil der Einkopplung von rücklaufenden Druckwellen, da die Druckwellen innerhalb des Winkelstückes von sich aus reflektiert werden.
Als Aktoren zur Betätigung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schließelementes können sowohl Tauchanker als auch Flachanker eingesetzt werden. Entscheidend für die Bauform des Magneten ist dessen Kennlinie, welche im Zusammenspiel mit der hydraulischen Ventilkennlinie die größtmögliche Stabilität des Druckregelventiles bzw. von dessen kugelförmig ausgebildeten Schließelement gewährleistet.

Vorteile der Erfindung

In vorteilhafterweise kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erreicht werden, dass sich die Kraftstoffströmung an die Kugelfläche des vorzugsweise kugelförmig ausgebildeten Schließelementes anlegt und somit ein Konstant halten der hydraulischen Kräfte, die auf das kugelförmig ausgebildete Schließelement wirken, im Bereich dessen Betriebspunkt gewährleistet werden kann. Dadurch kann erreicht werden, dass die Krafteinwirkung in Bezug auf die hydraulischen Kräfte auf das Schließelement bzw. auf das dieses betätigende Ventilglied, welches in der Regel stiftförmig ausgebildet ist, keinen Schwankungen unterliegt da die Kraftbilanz im wesentlichen unverändert bleibt. Dadurch können Instabilitäten, insbesondere Geräusche und Druckwellen im Druckregelventil vermieden werden. Die angesprochenen Instabilitäten sind von Nachteil für den am Druckregelventil angeschlossenen Niederdruckkreis und durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wenn nicht vollständig eliminiert, so doch zumindest stark herabgesetzt. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist zu nennen, dass Kavitationsschäden vermieden werden können. Dies rührt daher, dass wandgerichtete Strömungen mit Dampf vermieden werden, so dass in sich zusammenbrechende Dampfblasen und damit einhergehende Kavitationserscheinungen, die zu einem Materialabtrag führen können, ausgeschlossen sind.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:

Figur 1: einen Querschnitt durch ein Druckregelventil,
Figur 2: eine teilweise Darstellung einer bisherigen Ventilsitzkonfiguration für ein kugelförmiges Schließelement,
Figur 3: eine erfindungsgemäße Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilsitzes,
Figur 4: eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Druckregelventiles mit Tauchanker,
Figur 5: eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante des Druckregelventiles mit einem Flachanker,
Figur 6: eine Ausführungsvariante des Druckregelventiles mit Schließfeder und
Figur 7: eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles unter Verwendung eines Flachankers mit Schließfeder.
Figur 8: eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Ventilsitzes und
Figur 9: zeigt eine weitere Ausführungsvariante des Druckregelventiles, bei der beim Tauchanker mittels eines C-Ringes gelagert ist.

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Druckregelventil 10 zu entnehmen, welches einen Ventilkörper 12 umfasst. Im Ventilkörper 12 befindet sich ein Magnetaktor 16, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 beispielsweise als Magnetspule ausgebildet ist. Diese wird über eine elektrische Kontaktierung 14, welche in eine Schutzkappe des Druckregelventiles 10 integriert ist, elektrisch kontaktiert.
Der Ventilkörper 12 des Druckregelventiles 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 umfasst einen Ablauf 18 über welchem Rücklaufmenge aus einem Hohlraum 20 in eine niederdruckseitigen Rücklaufbereich abgesteuert wird. Wie Figur 1 zeigt erstreckt sich durch den Ventilkörper 12 ein hier stiftfömig ausgebildetes ankerförmiges Ventilglied 22, welches ein Schließelement 24 beaufschlagt. Über das Ventilglied 22 wird das Schließelement 24 in einen Ventilsitz 26 gestellt, der bei geschlossenem Ventilsitz 26 eine Ablaufdrossel 28 verschließt. Sodass kein Kraftstoff über die Ablaufdrossel 28 in den Hohlraum 20 und damit in den niederdruckseitigen Ablauf 18 abströmen kann. Im in Figur 1 dargestellten Zustand ist das Schließelement 24, welches kugelförmig ausgebildet ist, in seiner Schließstellung dargestellt. D.h. der Ventilsitz 26 ist geschlossen.
Figur 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab die Kräfte, die auf ein kugelförmig ausgebildetes Schließventil eines Druckregelventiles wirken.
Figur 2 zeigt, dass sich bei geöffnetem Schließelement 24 eine Ablaufströmung 40 zwischen einer Kugelfläche 34 des Schließelementes 24 und der den Ventilsitz 26 begrenzenden Fläche einstellt. Ausgehend von einem mit Bezugszeichen 36 identifizierten Ventilsitzdurchmesser 36 stellen sich zwei unterschiedliche Strömungswege 30 bzw. 32 der Ablaufströmung 40 ein. Bezogen auf eine Symmetrieachse 38 der Anordnung gemäß Figur 2 verläuft ein erster Strömungsweg 30 der Ablaufströmung 40 entlang der Fläche des Ventilsitzes 26, während gemäß eines zweiten Strömungsweges 32 sich eine Ablaufströmung 40 einstellt, die partiell der Kugelfläche 34 des kugelförmig ausgebildeten Schließelementes 24 folgt.
Durch diese beiden unterschiedlichen Strömungswege 30 bzw. 32 ändern sich die hydraulischen Kräfte in der Nähe des betriebspunktes des Druckregelventiles 10. Da beide Wege annähernd gleichberechtigt sind, d.h. sich kein bevorzugter Weg für die Ablaufströmung 40 einstellt, können sich die Strömungswege 30 bzw. 32 der Ablaufströmung 40 während des Betriebes laufend ändern. Dadurch ändert sich auch die Kraftwirkung auf das Ventilglied 22 und damit die Kräftebilanz. Folge sind sich einstellende Instabilitäten hinsichtlich einer Geräuschentwicklung und sich aufbauender Druckwellen im Druckregelventil 10, die sich mitunter auch in den angeschlossenen Niederdruckbereich einkoppeln können und demzufolge die Störwirkung erheblich verstärken.

Ausführungsformen der Erfindung

Der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes für ein Druckregelventil zu entnehmen.
Analog zu Darstellung gemäß Figur 2 befindet sich das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 im geöffneten Zustand, sodass der Ventilsitz 26 freigegeben ist und die Ablaufströmung 40 aus der Ablaufdrossel 28 durch den geöffneten Spalt zwischen der Kugelfläche 34 und der Fläche des Ventils 26 abströmt. Im Unterschied zu in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante ist der Ventilsitz 26, d.h. die diese begrenzende Fläche in einem Öffnungswinkel 56 ausgebildet. Der Öffnungswinkel 56 bezeichnet hier den Winkel, in den der Ventilsitz 26 ausgebildet ist. In Bezug auf die Symmetrieachse 38 beträgt der Öffnungswinkel 56, der auch als Sitzwinkel bezeichnet wird, maximal 90°. Wird der Öffnungswinkel 56 in Bezug auf die gegenüberliegende Sitzfläche des Ventilsitzes 26 gemessen, so kann dieser maximal 180° betragen. Analoges gilt für einen Öffnungswinkel 58, der ebenfalls in Bezug auf die Symmetrieachse 38 als auch auf die in Figur 3 nicht dargestellte gegenüberliegende Seite des Ventilsitzes 26 definiert sein kann.
In einer Endzone 42 des Ventilsitzes 26 schließt sich an die Fläche, die im Öffnungswinkel 56 (Sitzwinkel) verläuft, eine scharf nach außen öffnende Kante 54 an, die auch als Abrisskante bezeichnet werden kann. Der Öffnungswinkel 58, um den sich wiederum die scharf nach außen geöffnete Kante 54 an die Endzone 42 des Ventilsitzes 26 anschließt, ist mit Bezugszeichen 58 bezeichnet und beträgt vorzugsweise 20° mehr als der Sitzwinkel des Ventilsitzes 26. Insgesamt verläuft die scharf radial nach außen öffnende Kante 54, d.h. die Abrisskante 54, 90° in Bezug auf die Symmetrieachse 38 der in Figur 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ventilsitzausführung. Durch die scharf nach außen öffnende Kante 54 wird erreicht, dass die Ablaufströmung 40, die aus der Ablaufdrossel 28 abströmt, in Bezug auf die Fläche des Ventilsitzes 26, zur ablösenden Strömung 44 wird, die sich wiederum an die Kugelfläche 34 des Schließelementes 24 anlegt. Damit die anliegende Strömung 46 gemäß der Darstellung in Figur 3 an der Kugelfläche 34 verbleibt, in erfindungsgemäßer Weiterbildung mindestens ein axial verlaufender Abströmkanal 50 vorgesehen. Der mindestens eine Kanal 50 verläuft parallel zur Symmetrieachse 38 der Ablaufdrossel 28 sowie des Raumes, an dem der Ventilsitz 26 ausgebildet ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 im geöffneten Zustand von einer kalottenähnlichen Anordnung 48 gehalten wird. In dieser kalottenförmigen Anordnung 48 ist der mindestens eine Abströmkanal 50, der sich koaxial zur Symmetrieachse 38 erstreckt, ausgebildet. Bevorzugt ist der Abströmkanal 50 als Bohrung ausgebildet und in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in der kalottenartigen Anordnung 48 mehrere kleinere Abströmkanäle 50, beispielsweise 3 symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnet, sodass die gesamte bei vollständig geöffnetem Ventilsitz 26 abgesteuerte Menge in eine Zentralbohrung 52 auf der Niederdruckseite abgesteuert werden kann. Wie aus der Darstellung gemäß Figur 3 hervorgeht, stellt sich entlang der Kugelfläche 34 des kugelförmig ausgebildeten Schließelementes 24 eine anlegende Strömung 46 ein, die in Bezug auf die Kugelfläche 34 des Schließelementes 24 einen Umschlingungswinkel 76 zwischen 90° und 150°, insbesondere um 120° überdeckt. Nach etwa 120° in Bezug auf die Kugelfläche 34 des Schließelementes 24, d.h. in 14-Uhr-Position löst die anliegende Strömung 46 vom Schließelement 24 ab und strömt - wie in Figur 3 exemplarischer herausgestellt - in den Abströmkanal 50 ein. Ein Strömungsquerschnitt 60 des mindestens einen Abströmkanales 50 in der kalottenartigen Anordnung 48 wird bevorzugt so gewählt, das jeder einzelne Abströmkanal 50 als Drossel wirkt, die Gesamtfläche aller Strömungsquerschnitte 60 aller ausgebildeten Abströmkanäle 50 für die komplette Überleitung der abgesteuerten Rücklaufmenge in die Zentralbohrung 52 ausreicht.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles zu entnehmen, welches einen Tauchanker umfasst.
Aus der Ausführungsvariante gemäß Figur 4 geht hervor, dass das Ventilglied in dieser Ausführungsvariante als Tauchanker 68 ausgeführt ist, der durch eine Feder 70 beaufschlagt ist. An der dem Schließelement 24 gegenüberliegenden Seite des Tauchankers 68 befindet sich die kalottenförmige Anordnung 48, welche das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 umschließt. Ferner sind im Tauchanker 68 die Abströmkanäle 50 eingezeichnet, über welche abgesteuerte Menge bei geöffnetem Ventilsitz 26 in die Zentralbohrung 52 überströmt. Die Zentralbohrung 52 geht - abgesehen vom Übergang in den Ventilkörper - in ein Winkelstück 62 über, welches eine 90°-Anbindung des Rücklaufbereiches darstellt. Hier kann beispielsweise mindestens ein Drosselelement 66 vorgesehen sein, über welches die abgesteuerte Rücklaufmenge gedrosselt wird. Mit Bezugszeichen 14 ist die elektrische Kontaktierung angedeutet, über welcher der Magnetaktor 16 - hier dargestellt als Magnetspule - zur Betätigung des Tauchankers 68 in diese Ausführungsvariante angesteuert wird. Bezugszeichen 60 bezeichnet den Strömungsquerschnitt der Abströmkanäle 50, Bezugszeichen 54 bezeichnet die scharf nach außen öffnende Kante am Ventilsitz 26.
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist die Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles unter Verwendung eines Flachankers mit Feder zu entnehmen. Bei Themenfigur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel kommt ein Flachanker 72 zum Einsatz, der durch ein Federelement 70 beaufschlagt ist. Analog zur in Figur 4 dargestellten Ausführungsform weißt der Flachanker 72 gemäß Figur 5 an seiner dem Schließelement 24 zuweisenden Seite die kalottenförmige Anordnung 48 auf. Durch diese werden die Kräfte, die bei Betätigung des Magnetaktors 16 auf das hier als Flachanker 72 ausgebildete Ventilglied wirken, auf das Schließelement 24 übertragen. Ferner befinden sich in der Stirnseite des Flachankers 72, welche dem kugelförmig ausgebildeten Schließelement 24 gegenüber liegt, die Abströmkanäle 50, von denen hier zwei im Querschnitt dargestellt sind. Bei geöffnetem Ventilsitz 26 angesteuerte Menge wird über die Abströmkanäle 50 in die Zentralbohrung 52 geleitet, und von dort über mindestens ein Drosselelement 66 in die bereits vorstehend im Zusammenhang mit Figur 4 erwähnte 90°-Anbindung 64 hier dargestellt als ein Winkelstück 62. Die Ableitung der abgesteuerten Menge erfolgt am Ende der Zentralbohrung 52 in das Winkelstück 62. Ob nun am Ende der Zentralbohrung 52 oder im Winkelstück 62 ein Drosselelement 66 angeordnet ist kann dahinstehen. Mittels des mindestens einen Drosselelementes 66 können rücklaufende Druckwellen vom erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventil ferngehalten werden. Die durch die 90°-Anbindung 64 gegebene Anordnung an sich verhindert auch teilweise bereits eine Einkopplung rücklaufende Druckwellen, da diese innerhalb des Winkelstückes 62 reflektiert werden und nicht mehr in die Zentralbohrung 52 übertragen werden können und demzufolge auch keine Störquelle mehr darstellen.
In Figur 6 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles dargestellt, welches einen Tauchanker mit Schließfeder umfasst.
Wie Figur 6 zeigt, ist in dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles 10 das Ventilglied als Tauchanker 68 ausgebildet. Der Tauchanker 68 ist von einer Schließfeder 74 beaufschlagt, die sich am Ventilkörper des Druckregelventiles 10 abstützt. Über die Schließfeder 74 ist das als Tauchanker 68 ausgebildete Schließelement in seine Schließstellung gedrückt, sodass das Ventilelement 24 den Ventilsitz 26 und damit die Ablaufdrossel 28 verschließt. An der Stirnseite des Tauchankers 68, welche dem Schließelement 24 gegenüber liegt, ist die kalottenförmige Anordnung 48 ausgebildet, über welche die Kräfte des Tauchankers 68 an das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 übertragen werden. Ferner befinden sich an jener Stirnseite die Abströmkanäle 50, über welche bei geöffnetem Ventilsitz 26 abgesteuerte Menge in die Zentralbohrung 52 des Tauchankers 68 überströmt. Am Ende der Zentralbohrung 52 im Ventilkörper kann ein Drosselelement angeordnet sein; ferner besteht - wie vorstehend bereits erwähnt - die Möglichkeit, ein Drosselelement 66 in das Winkelstück 62, welches die 90°-Anbindung 64 realisiert, einzulassen um dadurch eine Einkopplung von Druckwellen in das Druckregelventil 10 effektiv zu verhindern und wirksam auszuschließen. Figur 6 zeigt, dass der Magnetaktor in dieser Ausführungsvariante als Magnetspule 16 ausgebildet ist, die über eine elektrische Kontaktierung 14 bestrombar ist. Position 54 bezeichnet die scharf nach außen öffnende Kante am Ventilsitz 26.
Aus der Darstellung gemäß Figur 7 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles zu entnehmen, welches ein Ventilglied aufweist, das als Flachanker mit Schließfeder ausgeführt ist.
Gemäß der in Figur 7 dargestellten Ausführungsvariante ist der Flachanker 72 von der Zentralbohrung 52 durchzogen und durch die Schließfeder 74 in Schließrichtung beaufschlagt, wobei sich die Schließfeder 74 am Ventilkörper des Druckregelventiles 10 abstützt.
An der Stirnseite des Flachankers 72, die dem kugelförmig ausgebildeten Schließelement 24 gegenüberliegt, befindet sich die kalottenförmige Anordnung 48, an der die Abströmkanäle 50 ausgebildet sind. Über die Abströmkanäle 50 wird bei geöffnetem Ventilsitz 26 aus der Ablaufdrossel 28 abströmenden Steuermengen in die Zentralbohrung 52 geleitet. Wie Figur 7 zeigt, befindet sich am Ende der Zentralbohrung 52 und des Flachankers 72 im Ventilkörper 12 des Druckregelventiles 10 ein Drosselelement 66. Alternativ oder zusätzlich dazu, können Drosselelement 66 auch in dem Winkelstück 62, welches in dieser Ausführungsvariante die 90°-Anbindung 64 bildet, dargestellt werden. Über das mindestens eine Drosselelement 66 können in der Ausführungsvariante gemäß Figur 7 rücklaufende Druckwellen vom Druckregelventil 10 ferngehalten werden. Die 90°-Anbindung 64 in allen Ausführungsvarianten der Figuren 4 bis 7 verhindert auch schon zum Teil eine Einkopplung rücklaufender Druckwellen, die in dem Winkelstück 62 von sich aus reflektiert werden.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes.
Wie in Figur 8 zu entnehmen ist, ist stromab des kugelförmig ausgebildeten Schließelementes 24 mindestens ein Abströmkanal 50 in einem vergrößerten Strömungsquerschnitt 60 ausgeführt. Im Vergleich zur ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes 26 nach Figur 3, ist der Strömungsquerschnitt 60 bei dem mindestens einen Abströmkanal 50 gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 8 viel größer, sodass die Stirnfläche der Kalotte 48, an der das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 bei geöffnetem Ventilsitz 26 anliegt, minimiert ist und der Strömungsquerschnitt 60 groß genug ist. Wie aus Figur 8 hervorgeht, erstreckt sich die durchströmte Querschnittsfläche des mindestens einen Abströmkanales 50 in axiale Richtung und weist keine radiale Komponente auf, sodass keine Druckgradientien in radiale Richtung, d.h. senkrecht zur Abströmungsrichtung auftreten können. Dies bedeutet, dass die Kräfte, die auf das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 wirken, gleich sind, unabhängig davon, wo die Strömung 46 abströmt. Ein Ablösepunkt, an dem die an der Kugelfläche 34 anliegende Strömung löst liegt bei ca. 120°, was bedeutet, dass die die Ablaufdrossel 28 verlassende Ablaufströmung 40 in ein am Umschlingungswinkel 76 in der Größenordnung zwischen 90° und 120° an der Kugelfläche 34 des Schließelementes 24 anliegt, bevor sie in axiale Richtung ablöst.
Analog zur ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes gemäß Figur 3 mündet der mindestens eine Abströmkanal 50 in vergrößertem Strömungsquerschnitt 60 in die Zentralbohrung 52. Auch die Geometrie des Ventilsitzes 26 ist hinsichtlich der im Öffnungswinkel 58 vom Öffnungswinkel 56 des Ventilsitzes 26 scharf radial abknickenden Abrisskante 54 im Wesentlichen identisch. Auch in der Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilsitzes 26 gemäß Figur 8 löst die vom Ventilsitz 26 ablösende Strömung 44 in der Endzone 42 des Ventilsitzes 26 ab, der im Ventilsitzdurchmesser 36 gefertigt ist.
Der Darstellung gemäß Figur 9 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles mit einem Tauchanker zu entnehmen, der sich an einem C-Ring abstützt.
Aus Figur 9 geht hervor, dass die Kalotte 48 bzw. der Anschlag, an dem sich das kugelförmig ausgebildete Schließelement 24 am Tauchanker 68 abstützt, mit Abströmkanälen 50 versehen ist, die einen vergrößerten Querschnitt 60 aufweisen. Dadurch ist die Stirnfläche des Anschlages 48 bzw. der Kalotte 48 minimiert, sodass keine unterschiedlichen Stauflächen auftreten und somit unterschiedliche Kräfte, die auf das Schließelement 24 wirken könnten, vermieden werden. Über die im Strömungsquerschnitt 60 ausgelegten Abströmkanäle 50 strömt die Ablaufströmung 40 bei geöffnetem Ventilsitz 26 in die Zentralbohrung 52 einem an deren Ende angeordneten Drosselelement 66 zu. Dort erfolgt eine 90°-Umlenkung der Ablaufströmung im Winkelstück 62, analog zu den in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles, sei es mit einem Tauchanker 68, sei es mit einem Flachanker 72 versehen.
Wie Figur 9 entnommen werden kann, stützt sich der Tauchanker 68 an einem federnd ausgebildeten Element 80, insbesondere ausgeführt als ein C-Ring, am Ventilkörper 12 ab. Das federnde Element 80, insbesondere dargestellt durch einen C-Ring, bietet darüber hinaus auch die Möglichkeit, bei geöffnetem Ventilsitz 26 über die Ablaufdrossel 28 austretende Ablaufströmung 40 in die Strömungskanäle 50 zu kanalisieren, d.h. die Hauptströmung gegen den Tauchanker 68 umgebenden Nebenvolumina abzutrennen bzw. abzudichten.
Gemäß den Ausführungsvarianten, die in den Figuren 4 bis 9 dargestellt sind, können sowohl Tauchanker 68 als auch Flachanker 72 eingesetzt werden. Entscheidend für die Bauform ist die Kennlinie, die zusammen mit der hydraulischen Kennlinie des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventiles 10 die größtmögliche Stabilität im Betrieb des Druckregelventiles 10 gewährleistet.

Claims

Druckregelventil (10) mit einem Magnetaktor (16) zur Betätigung eines Ventilgliedes (22, 68, 72), welches ein Schließelement (24) beaufschlagt, das einen Ventilsitz (26) freigibt oder verschließt, wobei der Ventilsitz (26) eine nach außen öffnende scharfe Kante (54) aufweist, an der eine Ablaufströmung (40) vom Ventilsitz (26) abreißt und sich an das Schließelement (24) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufströmung (40) als am Schließelement (24) anliegende Strömung (46) in mindestens einen axial verlaufenden Abströmkanal (50) abströmt, wobei ein Strömungsquerschnitt (60) des mindestens einen Abströmkanals (50) einen Drosselquerschnitt darstellt, wobei das Schließelement (24) an einer Kalotte (48) des Ventilgliedes (22, 68, 72) anliegt, wobei in der Kalotte (48) mehrere Abströmkanäle (50) verlaufen, die in eine gemeinsame Zentralbohrung (52) münden.
Druckregelventil (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen öffnende scharfe Kante (54) in einer Endzone (42) des Ventilsitzes (26) bezogen auf die Ablaufströmung (40) liegt.
Druckregelventil (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen öffnende scharfe Kante (54) einen Öffnungswinkel (58) aufweist, der einen Öffnungswinkel (56) des Ventilsitzes (26) um zumindest 20° übersteigt.
Druckregelventil (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (58) der nach außen öffnenden scharfen Kante (54), bezogen auf eine Symmetrieachse (38) 90° beträgt.
Druckregelventil (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschlingungswinkel (76), entlang dessen die anliegende Strömung (46) am Schließelement (24) anliegt, zwischen 90° und 150° liegt, und bevorzugt etwa 120° beträgt.
Druckregelventil (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbohrung (52) in ein Winkelstück (62) mündet, welches zumindest ein Drosselelement (66) aufnimmt.
Druckregelventil (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (68, 72) als Flachanker oder Tauchanker ausgeführt ist, der jeweils die das Schließelement (24) abstützende Kalotte (48), den mindestens einen Abströmkanal (50) sowie die Zentralbohrung (52) umfasst.
Druckregelventil (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptströmungspfad für abgesteuerte Menge durch ein federndes Element (80), welches den Tauchanker (68) stirnseitig beaufschlagt, gegenüber Nebenvolumina abgeschirmt ist.