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Die Erfindung bezieht sich gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 auf ein elektromagnetisches Volumenstromregelventil für ein Drucksystem. Gemäß dem abhängigen Anspruch 22 und dem unabhängigen Anspruch 23 bezieht sich die Erfindung auf eine Speichereinspritzung mit einem solchen elektromagnetischen Volumenstromregelventil.
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Aus der
DE 10 2007 041 163 A1 ist Absperrventil bekannt. Bei diesem Absperrventil verschließt ein Abschlusskörper unter der Spannung einer Schraubendruckfeder eine Ausnehmung. Der Abschlusskörper umfasst dabei einen Ventilbereichskörper an dessen Rand ringförmig eine Gummiventildichtung vorgesehen ist.
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Aus der
DE 10 2007 023 659 A1 ist ein Kugelrückschlagventil bekannt, dessen federbelastete Kugel im Ventilsitz zusätzlich von einem Permanentmagneten angezogen wird, so dass sich Kugel und Ventilsitz infolge der Addition von Federkraft und Magnetkraft so weit elastisch verformen, dass Mikroleckagen ausgeglichen werden.
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Aus der
DE 196 30 938 C2 ist es bekannt, ein Volumenstromregelventil bei Druckkraftstoffsystemen zu verwenden. Dabei wird der Kraftstoff von einer Vorförderpumpe zum Drucksystemanschluß des Volumenstromregelventils gefördert. Die Abströmöffnungen des Volumenstromregelventils sind mit dem Sauganschluß einer Hochdruckpumpe verbunden, von der die Einspritzventile eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff versorgt werden. Ferner ist ein Druckregelventil vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, – insbesondere für eine Speichereinspritzung – ein Volumenstromregelventil zu schaffen, das leckagefrei, zumindest aber leckagearm ist und gleichzeitig eine weitestgehende Eingangsdruckunabhängigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 bzw. 23 gelöst.
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Gemäß Patentanspruch 1 ist der Kolben beidseitig von Druck beaufschlagt, so dass das Ventil als druckausgeglichenes Volumenstromregelventil ausgebildet ist. Zudem ist die Abströmöffnung zum Steuern des Durchflussquerschnittes getrennt von dem Ventilsitz zur Herstellung der Leckagedichtheit oder Leckagearmut. Sowohl das leckagearme/-dichte Schließen des Volumenstromregelventils als auch die Steuerung des Durchflussquerschnittes erfolgt dabei mit dem selben Kolben. Der selbe Kolben bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Kolben auch aus mehreren fest miteinander verbundenen Kolbenteilen bestehen kann. Von diesem Kolben kommt nur die Außenkante zur Anlage an den Ventilsitz, so dass an der gesamten Stirnfläche bzw. Wirkfläche des Kolbens der Druck von Seiten des Drucksystemanschlusses anliegen kann. Damit kann der Kolben unabhängig vom Öffnungsgrad druckausgeglichen sein, sofern auch auf der Rückseite des Kolbens der gesamte Druck anliegt.
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Der Ventilsitz kann dabei in besonders vorteilhafter Weise ein axial und/oder radial elastischer Ventilsitz sein, gegen den der Kolben in seiner Schließstellung mit seiner radial umlaufenden Außenkante seiner dem Drucksystemanschluß zugewandten Stirnfläche und/oder seiner radial umlaufenden Mantelfläche in Anlage ist.
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Durch diese Ausbildung werden Fertigungstoleranzen am Kolben wie beispielsweise ein nicht exakter Rundlauf der Dichtkante, oder Fertigungstoleranzen am Ventilsitz bei der Maßhaltigkeit der Sitzfläche sowie Koaxialität von Innen- und Außendurchmesser der Führungsbuchse auf einfache Weise ausgeglichen.
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Das erfindungsgemäße Volumenstromregelventil ermöglicht eine gute Regelbarkeit des Volumenstroms auch bei unterschiedlichen Drücken. Eine gute Regelbarkeit ergibt sich auch durch die Druckausgeglichenheit des Kolbens und weitgehend gleichen Wirkflächen auf beiden Seiten des Kolbens.
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Dabei kann zum Durchführen des Fluids von dem Drucksystemanschluß zur Führungsbohrung der axial elastische Ventilsitz ein axial elastischer Ringventilsitz sein. Der radial elastische Ventilsitz kann durch einen Radialwellendichtring gebildet sein.
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Um bei Nichtdruckbeaufschlagung oder geringer Druckbeaufschlagung am Drucksystemanschluß ein Schließen des Ventildurchgangs sicherzustellen, ist vorzugsweise der Kolben von einer Rückstellfeder in Schließrichtung beaufschlagt.
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In einer Ausführung kann der Ventilsitz eine aus einem starren Werkstoff bestehende, axial bewegliche Ventilsitzplatte oder ein aus einem starren Werkstoff bestehender, axial beweglicher Ventilsitzring sein, die oder der durch ein Federelement auf den Kolben zu beaufschlagt ist.
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Eine andere einfach aufgebaute Ausbildung besteht darin, dass der Ventilsitz aus einem elastischen Werkstoff besteht.
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Um sowohl eine Leckagefreiheit oder Leckagearmut als auch sehr kurze Hübe der Anker-Kolben-Einheit bis zur Abdichtung zu ermöglichen, ist vorzugsweise der Ventilsitz durch den Kolben um ein bestimmtes begrenztes Maß axial in Richtung auf den Drucksystemanschluß zu bewegbar oder elastisch verformbar.
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Dazu kann in einfacher Weise die Axialbewegung des Kolbens in Schließrichtung durch einen oder mehrere Axialanschläge begrenzt sein. Diese Axialanschläge haben nur eine kleinstmögliche Anlagefläche an der Stirnfläche bzw. Wirkfläche des Kolbens, damit die auf beiden Seiten des Kolbens wirkenden Kräfte nicht zu weit voneinander abweichen. Die Axialanschläge dürfen dabei nicht als geschlossene Ringform an der Stirnfläche bzw. Wirkfläche anliegen, da sich ansonsten die Angriffsfläche für den Druck verringern würde.
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Einer einfachen Montierbarkeit dient es, wenn der Ventilsitz und/oder die Axialanschläge an einem feststehend angeordneten ringförmigen Dichtungsträger angeordnet sind. Dieser Dichtungsträger ist dann einem Ringkörper zugehörig, in den auch der Ventilsitz eingesetzt ist.
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Dabei kann der Dichtungsträger in eine zur Führungsbohrung koaxiale Bohrungsstufe größeren Durchmessers fest eingesetzt sein.
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Um eine den Dichtungsträger umgebende Leckage zu vermeiden, weist vorzugsweise der ringförmige Dichtungsträger an seiner äußeren zylindrischen Mantelfläche eine radial umlaufende Ringnut auf, in der ein elastischer Dichtring eingesetzt ist, der mit seinem radial aus der Ringnut herausragenden Bereich mit elastischer Vorspannung an der Innenwand der Bohrungsstufe in Anlage ist. Sowohl die Anzahl der Bauteile als auch der Montageaufwand sind dadurch reduziert, daß die Axialanschläge einteilig mit dem Dichtungsträger ausgebildet sind. Alternativ kann diese Funktion auch in axialer Richtung über ein elastisches Dichtelement erfüllt werden, welches auf den Bohrungsabsatz der Buchse hin dichtet. Idealerweise ist diese elastische Dichtung Bestandteil der elastischen Dichtung zum Kolben hin, was eine weitere Bauteilreduzierung und damit Kostenersparnis zur Folge hat.
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Dieselben Vorteile ergeben sich auch, wenn die Axialanschläge mit dem Dichtungsträger fest verbundene starre Anschlagelemente sind.
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Zu einer einfachen Herstellbarkeit führt es, wenn der Dichtungsträger ein Kunststoffteil, insbesondere ein Kunststoffspritzgußteil ist.
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Der Ventilsitz kann dadurch gebildet werden, daß der Dichtungsträger eine dem Kolben zugewandte, radial umlaufende Ringventilsitznut aufweist, in der der Ventilsitz angeordnet ist, wobei sich eine einfache Herstellbarkeit mit wenigen Bauteilen und geringem Montageaufwand ergibt, wenn der Dichtungsträger und der Ventilsitz und/oder der Dichtring dem Ringkörper als Zweikomponenten-Spritzgußteil bilden.
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Ist der an der radial umlaufenden Außenkante des Kolbens in seiner Schließstellung anliegende Bereich des Ventilsitzes ein Ventilsitzkonus, der sich von dem Kolben entfernend verjüngt, so sind die Wirkflächen des Kolbens auf beiden Seiten weitgehend identisch groß, was zu einem besonders hohen Maß an Druckausgeglichenheit führt und die feinfühlige Regelbarkeit noch weiter verbessert.
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Ebenfalls zu einem hohen Maß an Druckausgeglichenheit führt es, wenn der Ventilsitz eine radial umlaufende ringförmige Dichtlippe aufweist, die sich zumindest annähernd radial erstreckt und axial flexibel sowie auf ihrer dem Kolben abgewandten Seite von dem Druck des Drucksystems beaufschlagt ist.
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Dabei sind vorzugsweise in dem Dichtungsträger ein oder mehrere Kanäle ausgebildet, die von dem Drucksystemanschluß zu der dem Kolben axial oder radial abgewandten Seite der Dichtlippe führen, wobei die Dichtlippe entweder an ihrem radial inneren Bereich oder an ihrem radial äußeren Bereich mit dem Dichtungsträger verbunden sein kann.
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Die Druckausgeglichenheit wird dabei noch weiter optimiert, wenn das freie Ende der Dichtlippe sich von der dem Drucksystemanschluß zugewandeten Stirnfläche des Kolbens entfernend geneigt ist, so daß der Kolben nur seiner radial umlaufenden Kante an der Dichtlippe in Anlage ist.
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Der Kolben kann über eine koaxiale Kolbenstange mit einem Anker verbunden sein, der von der Magnetkraft des Elektromagneten und/oder einer Druckfeder in Schließrichtung oder in Öffnungsrichtung beaufschlagbar ist.
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Bauteil- und baugrößereduzierend ist es aber, wenn der Kolben einen Anker bildet, der von der Magnetkraft des Elektromagneten und/oder einer Druckfeder in Schließrichtung oder in Öffnungsrichtung beaufschlagbar ist.
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Das erfindungsgemäße Volumenstromregelventil findet gemäß dem abhängigen Anspruch 22 und dem unabhängigen Anspruch 23 in besonders vorteilhafter Weise Anwendung bei einer Speichereinspritzung, wie einem Common-Rail für Dieselmotoren. Das erfindungsgemäße Volumenstromregelventil kann dabei in vorteilhafter Weise ein zusätzliches Druckregelventil überflüssig machen, da die Leckagefreiheit/-armut des Volumenstromregelventils das Verteilerrohr bzw. Common-Rail auch im Schubbetrieb frei von Kraftstoffzufuhr hält, so dass ein Abbau von überschüssigen Kraftstoff mittels Druckregelventil nicht notwendig ist. Jedoch kann in einer alternativen Ausgestaltung auch ein den Druck am Verteilerrohr begrenzendes Druckregelventil vorgesehen sein, dass nur in Extremfällen öffnet. Auch in diesem Fall ist es mittels des erfindungsgemäßen Volumenstromregelventils möglich, den Einspritzdruck über 2000 bar zu halten. So unterliegt das Druckbegrenzungsventil zwar bei einem solchen Druck einem starken Verschleiß pro Öffnung. Jedoch ist es kaum noch notwendig, das Druckregelventil bzw. Druckbegrenzungsventil zu öffnen. Dieses Druckregelventil kann in einer alternativen Ausgestaltung so ausgelegt sein, dass es nur noch als Überdruckventil arbeitet. Dabei kann das Druckregelventil in kostengünstiger Weise ohne elektromagnetischen Aktor ausgeführt sein. Es weist folglich zur Definition der Gegenhaltekraft ausschließlich eine Druckbegrenzungsfeder auf.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 23 stellt dabei die Anwendung des Volumenstromventils für den Fall dar, dass gegenüber dem im Patentanspruch 1 beanspruchten Gegenstand die Anordnung des Drucksystemanschlusses gegen die Anordnung der Abströmöffnung vertauscht ist. Demzufolge ist der Drucksystemanschluss als radiale Öffnung in der Führungsbuchse ausgeführt, die vom axialverschiebbaren Kolben im Durchflussquerschnitt veränderlich ist. Hingegen liegt die Abströmöffnung am Ende des Volumenstromregelventils.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 eine Seitenansicht eines in einem Zu- und Ableitungsblock eingebauten Volumenstromregelventils,
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2 eine Seitenansicht einer aus Führungsbuchse, Anker und einem ersten Ausführungsbeispiel eines Dichtungsträgers bestehenden Baugruppe des Volumenstromregelventils nach 1,
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3 eine perspektivische Ansicht des Dichtungsträgers nach 2,
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4 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Dichtungsträgers des Volumenstromregelventils nach 1,
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5 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Dichtungsträgers des Volumenstromregelventils nach 1,
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6 einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Dichtungsträgers des Volumenstromregelventils nach 1 im Einbauzustand,
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7 eine Schnittansicht des Dichtungsträgers nach 6,
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8 eine Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines Dichtungsträgers des Volumenstromregelventils nach 1,
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9 eine Schnittansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Dichtungsträgers des Volumenstromregelventils nach 1,
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10 eine Schnittansicht eines siebten Ausführungsbeispiels eines Dichtungsträgers des Volumenstromregelventils nach 1,
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11 einen Querschnitt des Dichtungsträgers nach 10 im Einbauzustand bei geschlossenem Ventildurchgang,
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12 einen Querschnitt des Dichtungsträgers nach 10 im Einbauzustand unmittelbar vor vollständig geschlossenem Ventildurchgang und
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13 eine Speichereinspritzung für ein Kraftfahrzeug anhand eines Common-Rail-Systems für einen Verbrennungsmotor.
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Das in 1 dargestellte Volumenstromregelventil 38 besitzt einen zylindrischen hydraulischen Teil 1, der in die große Stufe einer Stufenbohrung 2 eines Zu- und Ableitungsblocks 3 dicht eingesetzt ist.
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Aus der Stufenbohrung 2 herausragend schließt sich an den hydraulischen Teil 1 ein elektromagnetischer Teil 4 des Volumenstromregelventils 38 mit einem Stecker 5 zur elektrischen Bestromung einer im elektromagnetischen Teil 4 angeordneten, nicht dargestellten Magnetspule eines Elektromagneten an.
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Eine Zuführleitung 6 ist koaxial zum hydraulischen Teil 1 führend im Zu- und Ableitungsblock 3 ausgebildet.
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Im Bereich des hydraulischen Teils 1 mündet eine im Zu- und Ableitungsblock 3 ausgebildete Abführleitung 7 in die Stufenbohrung 2.
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Gemäß 2 ist koaxial in dem hydraulischen Teil 1 eine Führungsbuchse 8 dicht eingesetzt, die eine durchgehende koaxiale Führungsbohrung 9 aufweist. In der Führungsbohrung 9 ist ein Kolben 10 zwischen einem Verschluß 11 der Führungsbohrung 9 und einem an seiner dem Kolben 10 zugewandten Stirnseite einen Ventilsitz 12 besitzenden Dichtungsträger 13 verschiebbar angeordnet, wobei der eine koaxial durchgehende Druckausgleichsbohrung 14 aufweisende Kolben 10 sowohl von einer Rückstellfeder 15 geringer Kraft als auch von der von einer nicht dargestellten Magnetspule des Elektromagneten auf den Kolben 10 ausgeübten Kraft gegen den Ventilsitz 12 beaufschlagt ist. Dabei ist der Kolben 10 aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt und bildet einen Anker des Elektromagneten, dessen Magnetspule koaxial außerhalb des Kolbens 10 bzw. des Ankers angeordnet ist.
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Der Dichtungsträger 13 ist als Ringkörper 48 ausgebildet und mit seiner äußeren zylindrischen Mantelfläche 16 dicht in eine zur Führungsbohrung 9 koaxiale Bohrungsstufe 17 größeren Durchmesser in der Führungsbuchse 8 fest eingesetzt.
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Die Durchgangsbohrung des Dichtungsträgers 13 bildet einen Drucksystemanschluß 18, der mit der Zuführleitung 6 verbunden ist.
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In einem Abstand in Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz 12 münden in der Führungsbuchse 8 ausgebildete Abströmöffnungen 19 in die Führungsbohrung 9, die radial nach außen mit der Abführleitung 7 in Verbindung stehen.
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Der Dichtungsträger 13 weist weiterhin Axialanschläge 20 auf, die um ein bestimmtes Maß weniger weit axial zum Kolben 10 gerichtet sind als der Ventilsitz 12.
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Die Axialanschläge 20 sind an der Anlage am Kolben 10 in ihrem Querschnitt so bemessen, dass sie nahe an ihrer Dauerbelastungsgrenze sind, so dass ihr Querschnitt nicht zu einem wesentlichen Reduzieren der Wirkfläche der Stirnfläche 22 des Ankers führt. Damit ist gewährleistet, dass zumindest nahezu der gleiche hydraulische Druck auf den beiden entgegengesetzten Seiten des Kolbens 10 ansteht.
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Da der Ventilsitz 12 axial elastisch ist, wird der Kolben 10 bei einer Schließbewegung zunächst bis zur Anlage seiner radial umlaufenden Außenkante 23 seiner dem Ventilsitz 12 zugewandten Stirnfläche 22 an dem Ventilsitz 12 und anschließend unter elastischem Zurückweichen des Ventilsitzes 12 bis zur Anlage an den Axialanschlägen 20 bewegt.
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Zur Vermeidung von Verschleiß am Ventilsitz 12 kann die Außenkante 23 des Kolbens 10 auch abgerundet sein.
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Die Federkraft wird über die ihr entgegenwirkende Magnetkraft geregelt.
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Durch die Magnetkraft kann der Kolben 10 den Volumenstrom regelnd von dem Ventilsitz 12 abgehoben und der Strömungsweg von dem Drucksystemanschluß 18 zu den Abströmöffnungen 19 geöffnet werden.
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Der Dichtungsträger 13 und der Ventilsitz 12 sind einem Ringkörper 48 zugehörig, der als Einzelteil in 3 und 4 dargestellt ist. Der Dichtungsträger 13 besteht aus einem weitgehend starren Material, an dessen dem Kolben 10 zugewandter Stirnseite eine radial umlaufende Ringventilsitznut 24 ausgebildet ist, in die der ringförmig ausgebildete Ventilsitz 12 aus einem nachgiebigen Werkstoff wie z. B. einem Elastomer eingesetzt ist.
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Der Querschnitt des Ventilsitzes 12 ist als Ventilsitzkonus 25 ausgebildet, der sich von dem Kolben 10 entfernend zum Mitte des Ventilsitzes 12 hin verjüngt.
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In der Schließstellung gelangt der Ventilsitzkonus 25 an der radial umlaufenden Außenkante 23 des Kolben 10 zur Anlage, so daß dessen Stirnfläche 22 weitestgehend vollständig von dem Druck am Drucksystemanschluß 18 beaufschlagbar ist.
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An der dem Kolben 10 zugewandten Stirnseite des Dichtungsträgers 13 sind mit diesem einteilig die Axialanschläge 20 ausgebildet.
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An seiner äußeren zylindrischen Mantelfläche weist der Dichtungsträger 13 eine radial umlaufende Ringnut 26 auf, in die ein Dichtring 27 eingesetzt ist, der mit seinem radial aus der Ringnut 26 herausragenden Bereich mit elastischer Vorspannung an der Innenwand der Bohrungsstufe 17 in Anlage ist.
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Das Ausführungsbeispiel der 5 entspricht in Aufbau weitgehend dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4.
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Im Unterschied dazu sind die Ringventilsitznut 24 und die Ringnut 26 über ein zu der dem Kolben 10 abgewandten Seite führenden Kanalsystem 33 miteinander verbunden und in zwei-Komponenten-Technologie hergestellt.
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Der Ventilsitz 12 und/oder der Dichtring 27 könnten auch durch Überspritzen des Dichtungsträgers 13 mit einem Elastomer oder durch Aufvulkanisieren eines Elastomers hergestellt sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ist in dem Dichtungsträger 13 eine korbartige Struktur 34 aus einem starren Werkstoff eingespritzt, die die Axialanschläge 20 aufweist.
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Ventilsitz 12 und Dichtungsträger 13'' sind einteilig aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet, wobei die Struktur 34 gleichzeitig die Formstabilität des Dichtungsträgers 13'' bewirkt.
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Auch die Dichtungsträger 13' der Ausführungsbeispiele der 8 bis 12 bestehen aus einem starren Material.
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An ihrer äußeren zylindrischen Mantelfläche weisen die Dichtungsträger 13' eine sowohl radial nach außen als auch axial zum Kolben 10 hin offene zweite Ringnut 28 auf, in die ein ringförmiger Abschnitt 29 eines Ventilsitzes 12' eingesetzt ist.
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An seinem aus der zweiten Ringnut 28 zum Kolben 10 hin herausragenden Ende ist der ringförmige Abschnitt 29 einteilig mit einer radial umlaufenden Dichtlippe 30 versehen, die in 9 sich zu ihrem freien Ende 31 hin radial nach außen und in den 10 bis 12 radial nach innen erstreckt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 10 bis 12 ist das freie Ende 31 der Dichtlippe 30 sich von dem Kolben 10 entfernend geneigt.
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In dem Dichtungsträger 13' sind Kanäle 32 ausgebildet, die von dem Drucksystemanschluß 18 zu der dem Kolben 10 axial abgewandten Seite der Dichtlippe 30 führen.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 5 weist der Dichtungsträger 13' auch einteilig damit ausgebildete Axialanschläge 20 auf.
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Die 11 und 12 zeigen das Ausführungsbeispiel der 10 im eingebauten Zustand. Dabei ist in 12 der Kolben 10 mit seiner Außenkante 23 in Schließrichtung gerade in Anlage an der Dichtlippe 30, während in 11 der Kolben 10 sich vollständig in der Schließposition befindet und die Dichtlippe 30 derart elastisch verformt hat, daß sie bis auf ihren Anlagebereich an der Außenkante 23 des Kolben 10 von beiden Seiten druckbeaufschlagt ist und so eine Druckausgeglichenheit am Kolben 10 weitestgehend nicht beeinflußt wird.
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Anstelle der zwei Abströmöffnung können auch mehr Abströmöffnungen vorgesehen sein.
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13 zeigt eine Speichereinspritzung für ein Kraftfahrzeug anhand eines Common-Rail-Systems für einen Verbrennungsmotor, der Diesel als Kraftstoff verwendet. Dabei fördert eine Kraftstoffpumpe 46 den Kraftstoff 35 über einen Filter 37 aus einem Tank 36 auf ein Volumenstromregelventil 38, welches gemäß einer der Alternativen aus 1 bis 12 ausgeführt ist. Dieses Volumenstromregelventil 38 wird dabei mittels eines Motor-Steuergerätes 39 gesteuert, dem als Eingangssignale
- – der von einem Drucksensor 40 weitergegebene Druck in einem Verteilerrohr 41 und
die von verschiedenen Sensoren/Steuergeräten 47 weitergegebenen Größen für vorliegen.
- – die Motordrehzahl,
- – die Kurbelwellenstellung,
- – die Fahrpedalstellung,
- – der Ladedruck,
- – die Bremspedalstellung/-änderung,
- – die Getriebeanforderung,
- – die Kühlmitteltemperatur,
- – die Kraftstofftemperatur und
- – die Lufttemperatur
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Das volumenstromgesteuertes Ventil 38 führt einer Hochdruckpumpe 50 die entsprechend geregelte Menge von Kraftstoff zu. Der Kraftstoff wird dann von der Hockdruckpumpe 50 in das Verteilerrohr 41 gedrückt, welches den Druck speichert und den Injektoren 42, 43, 44 zur Verfügung stellt. Zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor werden die Injektoren 42, 43, 44 dann in der Zündreihenfolge des Verbrennungsmotors geöffnet, wobei gegebenenfalls noch zusätzliche Einspritzzeitpunkte/-mengen für eine Piloteinspritzung oder das Freibrennen eines Katalysators ausgeführt werden. Solche zusätzlichen Einspritzzeitpunkte/-mengen dienen demzufolge zumeist der Abgasreinigung.
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Bei üblichen Common-Rail-Systemen des Standes der Technik haben die unter dem extrem hohen Druck von 2000 bar – Tendenz steigend – stehenden Injektoren im geschlossenen Zustand eine Leckage. Bei den Common-Rail-Systemen des Standes der Technik wird diese Leckage mittels eines Druckbegrenzungsventils 45 reduziert bzw. im Idealzustand sogar eliminiert wird. Solche Druckbegrenzungsventile 45 des Standes der Technik weisen zusätzlich zu einer Druckbegrenzungsfeder einen elektromagnetischen Aktor zur genauen Einstellung des Druckes bzw. zur Variation des Öffnungsdruckes mittels des Motor-Steuergerätes 39 auf und führen den Kraftstoff aus dem bei Druckabbau überschüssigen Druck zum Tank 36 zurück. So ist es insbesondere bei der Schubabschaltung des Standes der Technik notwendig, die Leckage des Volumenstromregelventils nicht über die unter hohem Druck undichten Injektoren 42, 43, 44 in die Brennräume tropfen zu lassen.
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Ein solches Druckbegrenzungsventil 45 ist in 13 nur gestrichelt dargestellt, da es bei entsprechend qualitativ hochwertiger – d. h. leckagedichter – Ausführung des volumenstromgeregelten Ventils 38 entfallen kann. Dies ist von besonderen Vorteil, da inzwischen bei den markterhältlichen Common-Rail-Systemen technische Grenzen des Druckes im Verteilerrohr 41 erreicht sind, deren Überschreitung zur Zerstörung des Druckbegrenzungsventils 45 führen, wenn dieses öffnet und damit einen „Schneidstrahl” von Kraftstoff auf die ventilinternen Bauteile freigibt. Das druckausgeglichene und damit volumenstromgeregelte Ventil 38 kann dabei so genau in Abhängigkeit des Druckes im Verteilerrohr 41 und der notwendigen Einspritzmenge eingeregelt werden, dass das Druckbegrenzungsventil ohnehin nicht zum Einsatz kommen würde. Durch den Entfall des Druckbegrenzungsventils 45 kann der Druck im Verteilerrohr 41 bzw. an den Injektoren 42, 43, 44 sehr hoch – d. h. weit über 2000 bar – sein, da der Kraftstoff nur noch von den Injektoren 42, 43, 44 abgebaut werden muss und diese den Druck problemlos in dem großvolumigen Brennraum abbauen können, ohne dass es zu Materialabtragungen kommt.
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Jedoch kann in einer alternativen Ausgestaltung auch ein den Druck am Verteilerrohr begrenzendes Druckregelventil vorgesehen sein, dass nur in Extremfällen öffnet. Auch in diesem Fall ist es mittels des erfindungsgemäßen Volumenstromregelventils möglich, den Einspritzdruck über 2000 bar zu halten. So unterliegt das Druckbegrenzungsventil zwar bei einem solchen Druck einem starken Verschleiß pro Öffnung. Jedoch ist es kaum noch notwendig, das Druckregelventil bzw. Druckbegrenzungsventil zu öffnen. Dieses Druckregelventil kann in einer alternativen Ausgestaltung so ausgelegt sein, dass es nur noch als Überdruckventil arbeitet. Dabei kann das Druckregelventil in kostengünstiger Weise ohne elektromagnetischen Aktor ausgeführt sein. Es weist folglich zur Definition der Gegenhaltekraft ausschließlich eine Druckbegrenzungsfeder auf.
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Die Hochdruckpumpe 50 kann mit einem Saugventil ausgeführt sein. Bei einer solchen Hochdruckpumpe 50 mit Saugventil wird ein Druck zwischen dem Saugventil und der Kraftstoffpumpe 46 eingeschlossen, der beispielsweise bei 2 bar liegen kann. In einer solchen Konfiguration kann am Volumenstromregelventil 38 auch der Drucksystemanschluß 18 mit den Abströmöffnungen 19 vertauscht sein, so dass der Drucksystemanschluss eine radiale Öffnung in der Führungsbuchse 8 ist, welche vom Kolben 10 in Kombination mit dem Ventilsitz 12 dicht versperrbar ist. Im geöffneten Zustand wird der Kraftstoff über die Außenkante 23 des Kolbens 10 aus einer zentralen Ausnehmung am ventilsitzseitigen Ende des Volumenstromregelventils 38 zur Hochdruckpumpe 50 hin herausgeführt. Dabei liegt dann der besagte eingesperrte Druck von beispielsweise 2 bar an beiden Seiten des Kolbens 10 an, so dass der Druckausgleich des Kolbens 10 zur Verbesserung der Regelungsqualität auch in dieser Konfiguration Sinn macht.
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Der Druckausgleich muss nicht über eine zentrisch im Kolben bzw. Anker angeordnete Druckausgleichsbohrung erfolgen. Es ist auch möglich, einen Kanal exzentrisch oder sogar in der Wand der Führungsbuchse vorzusehen. Auch ist es möglich, den Druckausgleich über einen externen Kanal verlaufen zu lassen.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulischer Teil
- 2
- Stufenbohrung
- 3
- Zu- und Ableitungsblock
- 4
- elektromagnetischer Teil
- 5
- Stecker
- 6
- Zuführleitung
- 7
- Abführleitung
- 8
- Führungsbuchse
- 9
- Führungsbohrung
- 10
- Kolben
- 11
- Verschluß
- 12
- Ventilsitz
- 12'
- Ventilsitz
- 13
- Dichtungsträger
- 13'
- Dichtungsträger
- 13''
- Dichtungsträger
- 14
- Druckausgleichsbohrung
- 15
- Rückstellfeder
- 16
- Mantelfläche
- 17
- Bohrungsstufe
- 18
- Drucksystemanschluß
- 19
- Abströmöffnungen
- 20
- Axialanschläge
- 21
- Maß
- 22
- Stirnfläche
- 23
- Außenkante
- 24
- Ringventilsitznut
- 25
- Ventilsitzkonus
- 26
- Ringnut
- 27
- Dichtring
- 28
- zweite Ringnut
- 29
- ringförmiger Abschnitt
- 30
- Dichtlippe
- 31
- freies Ende
- 32
- Kanäle
- 33
- Kanalsystem
- 34
- Struktur
- 35
- Kraftstoff
- 36
- Tank
- 37
- Filter
- 38
- Volumenstromregelventil
- 39
- Motorsteuergerät
- 40
- Drucksensor
- 41
- Verteilerrohr
- 42
- Injektor
- 43
- Injektor
- 44
- Injektor
- 45
- Druckbegrenzungsventil
- 46
- Kraftstoffpumpe
- 47
- Sensoren/Steuergeräte
- 48
- Ringkörper
- 49
- Öffnungen
- 50
- Hochdruckpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007041163 A1 [0002]
- DE 102007023659 A1 [0003]
- DE 19630938 C2 [0004]
