DE102009060188A1 - Verstellventil für die Verstellung des Fördervolumens einer Verdrängerpumpe mit Kaltstartfunktion - Google Patents

Abstract

Verstellventil für die Verstellung des Fördervolumens einer Verdrängerpumpe, das Verstellventil umfassend ein Ventilgehäuse 29 mit einer Druckkammer 24, die einen Einlass 27 und einen Auslass 28 für das Druckfluid aufweist, einen ersten Kolben 21; 31, welcher mit einer Steuerkraft 16 beaufschlagbar ist, einen relative zu dem ersten Kolben 21; 31 beweglichen zweiten Kolben 22; 32, der in eine erste Richtung bis in eine erste Position und in eine zweite Richtung bis in eine zweite Position beweglich ist, und der eine Kolbenfläche 22a; 32a aufweist, die mit dem Druckfluid in die zweite Richtung beaufschlagbar ist, und ein auf den zweiten Kolben 22; 32 wirkendes Rückstellglied 25; 35, welches dem Druckfluid entgegenwirkt, wobei der Einlass 27 und der Auslass 28 der Druckkammer 24 bei in der ersten Position befindlichem zweiten Kolben 22; 32 voneinander getrennt und bei in der zweiten Position befindlichem zweiten Kolben 22; 32 miteinander verbunden sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verstellventil für die Verstellung des Fördervolumens einer Verdrängerpumpe und eine Verdrängerpumpe mit dem Verstellventil, das für die Verstellung des Fördervolumens eines von der Pumpe zu förderndes Fluids in einem Fluidkreis der Pumpe angeordnet ist. Die Erfindung betrifft demgemäß auch das Verstellventil als solches, soweit es für die Verstellung des Fördervolumens einer Verdrängerpumpe vorgesehen ist. Die Verdrängerpumpe kann insbesondere als Schmierölpumpe für die Schmierölversorgung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs, oder eines Automatikgetriebes verwendet werden.
• Verdrängerpumpen, beispielsweise Zahnradpumpen und Flügelzellenpumpen, haben ein konstantes spezifisches Fördervolumen. Das Fördervolumen ist daher proportional der Pumpengeschwindigkeit, üblicherweise die Drehzahl eines oder mehrerer Förderräder der jeweiligen Pumpe, solange der Füllgrad der Förderzellen der Pumpe 100% ist. In vielen Anwendungsfällen ist diese Proportionalität störend. Bei einer Presse beispielsweise ist für den Eilgang eine hohe Liefermenge an Drucköl notwendig, in der Endphase des Arbeitshubs der Presse wird jedoch nur noch hoher Druck gefordert, während der Bedarf an Fördervolumen auf Null zurückgeht. Störend ist ein Ölstromüberschuss beispielsweise auch bei Pumpen zur Versorgung eines Verbrennungsmotors oder eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit Schmieröl oder Arbeitsöl. Diese Aggregate benötigen zwar bei niedriger Motordrehzahl und dementsprechend niedriger Pumpengeschwindigkeit, insbesondere im Leerlauf, ein Mindestfördervolumen und bei hoher Motordrehzahl einen Mindestöldruck, der Ölbedarf bei höherer Drehzahl liegt aber weit unterhalb der Proportionalitätslinie.
• Das spezifische Fördervolumen von Pumpen sollte dem Bedarf des Verbrauchers, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ein Automatikgetriebe oder eine Presse, angepasst, d. h. verstellbar sein.
• Zahnradpumpen mit verstellbarem Fördervolumen sind beispielsweise aus der DE 102 22 131 B4 und der DE 102 37 801 A1 bekannt. Beschrieben werden Außenzahnradpumpen, deren spezifisches Fördervolumen durch eine Verstellung der axialen Eingriffslänge der in Eingriff befindlichen Förderräder verstellt werden kann. Die DE 102 22 131 C2 beschreibt darüber hinaus eine Innenzahnradpumpe, deren spezifisches Fördervolumen durch eine Verstellung der Exzentrizität der in Eingriff befindlichen Förderräder verstellbar ist. Die Verstellung erfolgt für beide Pumpenarten mittels eines Verstellglieds, das bei den Außenzahnradpumpen von einer axial verstellbaren Verschiebeeinheit und bei der Innenzahnradpumpe von einem Verstellring gebildet wird. Durch die Verstellung des jeweiligen Verstellglieds wird die Position von einem der Förderräder der jeweiligen Pumpe relativ zu dem anderen Förderrad verstellt. Bei Flügelzellenpumpen und Pendelschieberpumpen, die weitere bevorzugte Pumpenarten darstellen, kann beispielsweise ein das Förderrad umgebender Stellring, dessen Exzentrizität relativ zu dem Förderrad verstellbar ist, das Verstellglied bilden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Position eines Einlasses in eine Pumpenkammer oder eines Auslasses aus der Pumpenkammer oder beides in Kombination relativ zu dem oder den in der Pumpenkammer angeordneten Förderrad oder Förderräder zu verstellen, wobei in derartigen Ausführungen ein den Einlass oder den Auslass oder beides bildendes Verstellglied entsprechend verstellbar angeordnet ist. Die Verstellglieder werden jeweils in eine Richtung ihrer Verstellbarkeit mit dem geförderten Druckfluid und dem Druckfluid entgegenwirkend in die andere Richtung von der Federkraft eines Federglieds beaufschlagt, so dass sich entsprechend der Federsteifigkeit und dem Öldruck eine Gleichgewichtslage einstellt. Das Druckfluid wirkt in Richtung einer Verringerung des spezifischen Fördervolumens und das Federglied spannt das Verstellglied in Richtung maximales spezifisches Fördervolumen.
• Die Verstellglieder der aus den beiden Schriften bekannten Pumpen werden jeweils über ein Regelventil mit dem Druckfluid beaufschlagt. Die Regelventile weisen je einen Regelkolben auf, der in eine Richtung mit dem Druckfluid und dem Druckfluid entgegenwirkend mit der Federkraft einer Regelfeder beaufschlagt wird. Um mittels des Regelventils das Druckniveau verstellen zu können, ab dem die Pumpe abregelt, schlägt die DE 102 37 801 A1 vor, den Regelkolben als Stufenkolben zu bilden oder die Regelfeder mit einer magnetischen Zusatzkraft zu unterstützen oder eine Regelfeder mit verstellbarer Federspannung zu verwenden. Das Regelventil mit Stufenkolben ermöglicht die Abregelung ab dem Erreichen eines vorgegebenen unteren Druckniveaus und regelt stets bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Druckniveaus ab. Das Regelventil mit verstellbarer Federspannung ermöglicht bei stufenloser Verstellbarkeit der Federspannung zwar grundsätzlich eine stufenlose Verstellung des Druckniveaus der Abregelung, durch die Verstellung der Federspannung kann es jedoch leicht zu Schwingungen und instabilen Zuständen kommen.
• Das Drehzahl proportionale Förderverhalten der Pumpe führt im kalten Zustand, d. h. bei kaltem und daher zähflüssigem Fluid und hohem hydraulischen Widerstand eines mit dem Fluid zu versorgenden Aggregats zu Problemen. Das Aggregat nimmt weniger Druckfluid ab, als die Pumpe entsprechend ihrem spezifischen Fördervolumen fördert, so dass sich in der Zuleitung zum Aggregat ein Druckniveau einstellt, dass zu Schäden bei dem Aggregat vorgelagerten Komponenten, beispielsweise bei einem Kühler oder einem Filter, führen kann. Zur Lösung solch einer Kaltstartproblematik wird im Versorgungskreis von Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen üblicherweise ein Kaltstartventil vorgesehen, das überschüssiges Schmieröl in den Sumpf ableitet.
• Die DE 102 37 801 A1 begegnet der Kaltstartproblematik mit einer zusätzlichen elektronischen Steuerkomponente, welche über ein elektrisch gesteuertes Ventil, ein Magnetventil oder ein Schrittmotor, das Verstellventil derart beeinflussen kann, dass der Öldruck in der Kaltstartphase reduziert wird.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Fördervolumen einer Verdrängerpumpe an den Bedarf eines von der Pumpe zu versorgenden Aggregats auf einfachere Weise anzupassen.
• Die Aufgabe wird durch das Verstellventil nach Anspruch 1 und die Verdrängungspumpe mit verstellbarem Fördervolumen nach Anspruch 14 erfüllt.
• Die Erfindung betrifft ein Verstellventil für die Verstellung des Fördervolumens einer Verdrängerpumpe. Das Verstellventil weist ein Ventilgehäuse mit einer Druckkammer auf, die einen Einlass und einen Auslass aufweist. Bevorzugt wird die Druckkammer teilweise direkt von dem Gehäuse gebildet oder wenigstens teilweise vom Gehäuse mitgebildet. In dem Gehäuse ist ein erster Kolben oder Ventilkörper vorhanden, der mit einer Steuerkraft beaufschlagbar ist und ein relativ zu diesem ersten Ventilkörper beweglicher zweiter Kolben oder Ventilkörper, der in eine erste Richtung bis in eine erste Position beweglich ist und in eine zweite Richtung bis in eine zweite Position beweglich ist. Der zweite Ventilkörper weist eine Ventilkörperfläche auf, die mit dem Druckfluid in die zweite Richtung beaufschlagbar ist. Des Weiteren umfasst das Verstellventil ein auf den zweiten Ventilkörper wirkendes Rückstellglied, das dem Druckfluid entgegenwirkt. Der Einlass und der Auslass der Druckkammer sind voneinander getrennt, wenn sich der zweite Ventilkörper in seiner ersten Position befindet, Einlass und Auslass sind miteinander bevorzugt vollständig verbunden, wenn sich der zweite Ventilkörper in seiner zweiten Position befindet. Vollständig verbunden soll hier bedeuten, dass die Einlass- und Auslassöffuungen vollständig innerhalb der Druckkammer liegen. Auf dem Weg von der ersten Position in die zweite Position kann der Auslass nur teilweise von dem zweiten Ventilkörper überdeckt sein, so dass eine bevorzugt stufenlose Öffnung des Auslasses zur Druckkammer möglich ist und eine dementsprechend stufenlose Einstellung des Verstellventils.
• Mit anderen Worten umfasst das erfindungsgemäße Verstellventil ein Gehäuse, in dem zwei Ventilkörper, die die Stellorgane des Ventils bilden, in Serie oder seriell angeordnet sind, so dass sie hintereinander oder in Reihe arbeiten. Dabei sind der erste und der zweite Ventilkörper jeweils mit wenigstens einer Kraft beaufschlagbar, der erste Ventilkörper mit einer Steuerkraft und der zweite Ventilkörper mit der Kraft eines Druckfluids und einer dieser entgegenwirkenden Rückstellkraft. Durch die angreifenden Kräfte kann zumindest der zweite Ventilkörper relativ zu dem ersten Ventilkörper und bevorzugt auch relativ zum Gehäuse bewegt werden, und zwar von einer ersten Position, wo Einlass und Auslass der Druckkammer voneinander getrennt sind, in eine zweite Position, wo Einlass und Auslass der Druckkammer miteinander verbunden sind. Dabei kann der zweite Ventilkörper beispielsweise ein Kolben, eine Kugel oder ein Plättchen sein, dass an dem Erzeuger der Rückstellkraft, zum Beispiel einer Feder, anliegt oder mit dem Erzeuger der Rückstellkraft fest verbunden ist. Handelt es sich bei dem Ventilkörper um eine Kugel oder ein Plättchen, so werden diese bevorzugt geführt bewegt, beispielsweise in einer Art Käfig aus Draht oder Stäben, die zum Beispiel vom dem zweiten Ventilkörper zugewandten Ende des ersten Ventilkörpers abragen können.
• Zusätzlich zu dem zweiten Ventilkörper kann auch der erste Ventilkörper beweglich im Gehäuse gelagert sein, so dass die angreifende Steuerkraft den ersten Ventilkörper relativ zum zweiten Ventilkörper und relativ zum Gehäuse bewegen kann. Dass heißt, beide Ventilkörper sind bewegbar und können von den an ihnen angreifenden Kräften in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen, das heißt zum Beispiel aufeinander zu oder voneinander weg, bewegt werden.
• Die Bewegungen der Ventilkörper können lineare Bewegungen entlang einer gemeinsamen Geraden oder zueinender parallel versetzten Geraden sein, wobei die Geraden die Rotationsachsen der Ventilkörperkörper sind. Statt einer linearen Bewegung ist auch eine Drehbewegung denkbar, bei der die beiden Ventilkörper in gleiche und/oder entgegengesetzte Richtungen drehen können. Möglich ist auch, dass einer der Ventilkörper linear bewegt wird, während der andere Ventilkörper gedreht wird. Bevorzugt ist es allerdings, wenn sich der oder die Ventilkörper nur linear entlang ihrer auf einer gemeinsamen Linie liegenden Achsen bewegen können.
• Bei der bevorzugten linearen Bewegung der Ventilkörper soll die Steuerkraft für den ersten Ventilkörper der Rückstellkraft des Rückstellgliedes entgegenwirken. Das heißt, die Steuerkraft des ersten Ventilkörpers und die Kraft des auf den zweiten Ventilkörper wirkenden Druckfluids drücken den zweiten Ventilkörper in eine gleiche zweite Richtung, die der ersten Richtung der Rückstellkraft entgegengesetzt ist.
• Der erste Ventilkörper des Verstellventils kann eine oder mehrere erste Ventilkörperfläche/n aufweisen, die zur Erzeugung der Steuerkraft mit einem zweiten Druckfluid beaufschlagbar ist/sind. Ist mehr als eine erste Ventiloberfläche vorhanden, so werden die mehreren ersten Ventiloberflächen durch je eine Zuführungsleitung mit Druckfluid beaufschlagt. Dabei kann jede der ersten Ventiloberflächen einzeln unabhängig von jeder anderen der ersten Ventiloberflächen druckbeaufschlagt werden, es kann aber auch mehrere oder sogar alle ersten Ventiloberflächen gleichzeitig Druckfluid zugeführt werden. Dabei können mehrere oder alle Druckfluidzuleitungen aus einer gemeinsamen Druckfluidquelle versorgt werden, denkbar ist aber auch, dass eine, mehrere oder jede der Druckfluidleitungen mit einer separaten Druckfluidquelle verbunden oder verbindbar ist. Wird das Druckfluid aus einer Druckfluidquelle bereitgestellt, so können in einer oder mehreren oder allen Druckfluidleitungen Vorrichtungen vorgesehen sein, mit denen der Druck des Druckfluids manipuliert werden kann.
• Die erste Ventilkörperfläche oder die ersten Ventilkörperoberflächen des ersten Ventilkörpers sind Ventilkörperflächen, die nicht der Druckkammer zugewandt sein können, sondern von dieser weg weisen. Die ersten Ventilkörperflächen sind somit die Ventilkörperflächen des ersten Ventilkörpers, die bevorzugt im Gehäuse aber außerhalb der Druckkammer liegen, oder eine Seitenaußenwand des Gehäuses bilden. Um diese Ventilkörperflächen mit einem Druckfluid beaufschlagen zu können, kann die Gehäusewand in diesem Bereich weitere Einlässe aufweisen, durch die das Druckfluid einfließen und Druck auf die ersten Ventilkörperflächen ausüben kann. Ein Einlass kann dabei, speziell wenn eine erste Ventilkörperfläche eine Seitenaußenwand des Verstellventils bildet, den gleichen Durchmesser aufweisen wie der Ventilkörper an dieser Position selbst, so dass stets der in der Zuleitung herrschende Druck unmittelbar auf diese erste Ventilkörperfläche wirkt. Dieser Einlass kann aber auch einen kleineren Durchmesser aufweisen, durch den das Druckfluid dann bevorzugt in eine vom Gehäuse und der ersten Ventilkörperfläche gebildete weitere Druckkammer einströmt und so die Steuerkraft aufbaut. Weist der Ventilkörper mehrere erste Ventilkörperflächen auf, so ist im Gehäuse bevorzugt vor jeder der ersten Ventilkörperflächen eine Druckkammer gebildet, in die das Druckfluid einströmen und eine Steuerkraft aufbauen kann.
• Kann der erste Ventilkörper, wie bevorzugt längs einer Translationsachse relativ zum zweiten Ventilkörper bewegt werden, so kann sich der zweite Ventilkörper um den ersten Ventilkörper erstrecken, und sich bei seiner Linearbewegung über den ersten Ventilkörper schieben. Der erste Ventilkörper kann in der Ruhestellung aber auch in den zweiten Ventilkörper hineinragen und sich bei seiner Verstellbewegung in Richtung aus diesem heraus bewegen. Schließlich können auch beide Ventilkörper relativ zueinander bewegt, das heißt, ineinander geschoben oder auseinander gezogen werden. Bevorzug führen sich bei all diesen Bewegungen die Ventilkörper axial aneinander, das heißt, der erste Ventilkörper bildet die axiale Führung für den zweiten Ventilkörper, et vice versa. Der erste und der zweite Ventilkörper können auch je an einem axialen Ende je eine Anlagefläche aufweisen, wobei die beiden Anlageflächen sich gegenüber liegen und die beiden Ventilkörper an den Anlageflächen aneinander stoßen, so dass beide Ventilkörper gemeinsam linear verschoben werden können, ohne sich dabei zu überlappen.
• Der erste und der zweite Ventilkörper weisen dabei einen Durchmesser auf, der bevorzugt dem Innendurchmesser der Druckkammer entspricht. Um sicher zu verhindern, dass kein Druckfluid zwischen der Ventilkörperumfangsfläche und der Druckkammerinnenwand fließen kann, können zusätzliche Dichtmaßnahmen, zum Beispiel in an der Ventilkörperumfangsfläche oder der Druckkammerinnenwand gebildeten Rillen eingesetzte Dichtringe aus einem flexiblen Material, vorgesehen sein. Alternativ können Labyrinthdichtungen oder jede andere Art geeigneter Abdichtungen zum Einsatz kommen. Bevorzugt ist es aber die Fertigungstoleranzen zwischen dem Ventilkörperdurchmesser und der Druckkammerinnenwand so gering zu halten, dass keine zusätzlichen Dichtungsmaßnahmen notwendig sind.
• Der erste Ventilkörper kann in der Druckkammer zwei einander zugewandte Ventilkörperfläche aufweisen, von denen eine in die zweite Richtung mit dem Druckfluid beaufschlagbar ist. Die zweite Richtung ist dabei identisch mit der Richtung, in die die Steuerkraft beim Anliegen an der Außenseite des ersten Ventilkörpers, der ersten Ventilkörperfläche, den ersten Ventilkörper drückt. Die dieser Ventilkörperfläche in der Druckkammer zugewandte Ventilkörperfläche des ersten Ventilkörpers wird gleichzeitig durch das Druckfluid in die der zweiten Richtung entgegengesetzten ersten Richtung beaufschlagt, und wirkt somit auch entgegengesetzt zur Wirkrichtung der Steuerkraft. Dabei kann wenigstens eine der beiden Ventilkörperflächen des ersten Ventilkörpers die Druckkammer an einer ihrer Stirnseiten begrenzen.
• Bevorzugt ist es, wenn das Verstellventil mit dem zweiten Ventilkörper in seiner zweiten Position den Einlass in die Druckkammer direkt mit dem Auslass aus der Druckkammer verbindet. Das heißt, dass das Druckfluid durch den Einlass direkt in die Druckkammer fließt und aus dieser, ohne weitere Ventile oder Kammern durchfließen zu müssen, direkt durch den Auslass die Druckkammer wieder verlasst. Die Druckkammer ist in diesem Sinne nur ein Teil einer Verbindungsleitung, die zum Beispiel eine Pumpe über die Druckkammer mit einem Abnehmer verbindet, ohne selbst Einfluss auf den Druck des durchfließenden Fluids zu nehmen.
• Das Verstellventil kann alternativ auch einen ersten Ventilkörper aufweisen, der einen Verbindungskanal aufweist und den Einlass der Druckkammer mit dem Auslass der Druckkammer über diesen Verbindungskanal verbindet. In der ersten Position des zweiten Ventilkörpers wird der Durchgangskanal des ersten Ventilkörpers durch den zweiten Ventilkörper verschlossen, bei der Bewegung des zweiten Ventilkörpers in die zweite Position wird der Durchgangskanal des ersten Ventilkörpers dann geöffnet, so dass jetzt das Druckfluid vom Einlass zum Auslass fließen kann.
• Dabei kann die Rückstellkraft, bzw. das Rückstellglied des zweiten Ventilkörpers durch wenigstens ein weiteres Rückstellglied unterstützt werden, wobei das weitere Rückstellglied des Verstellventils an der gleichen Seite wie das Rückstellglied angeordnet ist, aber statt auf den zweiten Ventilkörper direkt auf den ersten Ventilkörper einwirken kann. Dies ist nur möglich, wenn der Durchmesser des zweiten Ventilkörpers kleiner ist als der des ersten Ventilkörpers oder der zweite Ventilkörper an seiner der Druckkammer abgewandten Seite Durchbrechungen aufweist, diese durchgreifend das zweite Rückstellglied direkt auf den ersten Ventilkörper wirken kann.
• Das weitere Rückstellglied kann aber auch im Inneren des ersten Ventilkörpers angeordnet sein und sich an der dem ersten Ventilkörper zugewandten Seite des zweiten Ventilkörpers abstützen. Schließlich kann das weitere Rückstellglied auch auf den ersten Ventilkörper auf der dem zweiten Ventilkörper abgewandten Seite angeordnet sein, beispielsweise in einer in Axialrichtung an den ersten Ventilkörper anschließenden Druckkammer für das Druckfluid. Andere Anordnung des Rückstellglieds und des weiteren Rückstellglieds zueinander und im Verhältnis zu dem ersten und(oder zweiten Ventilkörper sind ebenfalls durch die Erfindung abgedeckt, solange sie vorteilhaft für die Funktion des Verstellventils sind.
• Mit dem ersten Ventilkörper des alternativen Verstellventils kann die Durchflussmenge des Druckventils vom Einlass zum Auslass der Druckkammer von einer ersten Menge zu einer zweiten Menge verändert werden. Der erste Ventilkörper weist dazu einen Ventilkörperendkolben auf und einen Ventilkörperauslassbereich auf, von denen jeder eine Ventilkörperfläche aufweist, die sich in der Druckkammer zugewandt sind. Die beiden Ventilkörperbereiche sind durch eine Welle starr verbunden oder zusammen mit der Welle in einem Teil gefertigt, so dass sie nur gemeinsam bewegt werden können. Kurz vor dem Ventilkörperbereich, der dem Auslass näher liegt (Ventilkörperauslassbereich), ist in die Welle eine Bohrung eingebracht, die senkrecht zur Längsachse der Welle steht und als Durchgangsbohrung ausgeführt sein kann, sprich die Welle vollständig durchsticht. Im Bereich der Bohrung ist die Welle in Richtung des Auslassventilkörperbereichs und im anschließenden Ventilkörperauslassbereich als Hohlwelle ausgeführt, die sich bis zum Ende des Ventilkörperauslassbereichs und somit bis zu diesem Ende des ersten Ventilkörpers erstreckt und an ihrem der Druckkammer abgewandten Ende offen ist. Die Durchgangsbohrung und die Hohlwelle sind miteinander so verbunden, dass das Druckfluid durch die Durchgangsbohrung in die Hohlwelle fließen kann. Im Ventilkörperauslassbereich ist eine weitere Bohrung senkrecht zur Längsachse des Ventilkörpers eingebracht, die den Ventilkörperauslassbereich vollkommen durchsticht.
• Im offenen Ende des Ventilkörperauslassbereichs sitzt der zweite Ventilkörper, der wie bei der ersten Variante linear in der Bohrung beweglich ist, wobei die Bohrung dem zweiten Ventilkörper als Linearführung dient. Der zweite Ventilkörper weist ebenfalls eine Durchgangsbohrung quer zu seiner Längsachse auf und ist anschließen daran in Richtung weg von der Druckkammer als Ventilhohlkörper ausgebildet, wobei die beiden Bohrungen miteinander verbunden sind. In seiner ersten Stellung verschließt der zweite Ventilkörper die Hohlwelle im Bereich zwischen der Durchgangsbohrung der Welle und der Durchgangsbohrung durch den Ventilkörperauslassbereich, so dass kein Druckfluid durch die Hohlwelle zum Auslass fließen kann, während gleichzeitig die Durchgangsbohrung des Ventilkörperauslassbereichs des ersten Ventilkörpers und des zweiten Ventilkörpers miteinander in Überdeckung liegen, so dass Fluid aus dem Auslass durch die Durchgangsbohrung des Ventilkörperauslassbereichs und die Durchgangsbohrung des zweiten Ventilkörpers in den Ventilhohlkörper des zweiten Ventilkörpers eindringen kann und durch den Ventilhohlkörper zum Beispiel an die Umgebung abgegeben wird. Um zu gewährleisten, dass die beiden Durchgangsbohrungen immer exakt übereinander zum Liegen kommen, kann der erste Ventilkörper Führungsnuten aufweisen, in denen der zweite Ventilkörper mit an seiner Außenseite gebildeten Führungsschienen verdrehsicher im ersten Ventilkörper bewegbar ist. Bevorzugt und einfacher in der Herstellung ist allerdings ein zweiter Ventilkörper mit einer Umfangsnut im Bereich der Durchgangsbohrung, da in diesem Fall auf die aufwändige Axialführung verzichtet werden kann.
• Erhöhnt sich der Druck des durch den Einlass einfließenden Fluids bis zu einem Wert, der größer ist als die Rückstellkraft des ersten Rückstellglieds, wird der zweite Ventilkörper in seine zweite Position bewegt, wodurch der Weg für das Fluid vom Einlass zum Auslass freigegeben wird.
• In die Druckkammer einströmendes Fluid kann folglich jetzt über die Durchgangsbohrung in der Welle des ersten Ventilkörpers, die Hohlwelle und die Durchgangsbohrung durch den Ventilkörperauslassbereich vom Einlass zum Auslass fließen.
• Wird der erste Ventilkörper jetzt zusätzlich an seiner einlassseitigen Ventilkörperauslassfläche (erste Ventilkörperfläche) des Ventilkörperendkolbens, das heißt der der Druckkammer abgewandten Ventilkörperfläche des vom Auslass weiter entfernten Ventilkörperbereichs des ersten Ventilkörpers mit einer Regelkraft beaufschlagt, die entgegen der Richtung des oder der Rückstellgliedes/r wirkt, so kann der erste Ventilkörper bei entsprechend großer Regelkraft insgesamt linear in Richtung des Auslasses verschoben werden, so dass die Druckkammer, die in diesem Fall durch den Raum zwischen dem Ventilkörperendkolben und dem Ventilkörperauslassbereich des ersten Ventilkörpers gebildet wird, jetzt den Einlass direkt mit dem Auslass verbindet, während der zweite Ventilkörper wieder die Lage relativ zum zweiten Ventilkörper einnimmt wie in der Ruhestellung, wobei die Durchgangsbohrungen des Ventilkörperauslassbereichs und des zweiten Ventilkörpers aber keine Fluidverbindung zum Auslass mehr haben.
• Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verdrängungspumpe mit einem vorbeschriebenen Verstellventil mit konstantem oder verstellbarem Fördervolumen. Bei einer Konstantpumpe, das heißt, einer Pumpe mit konstantem Fördervolumen, ist der Einlass des Verstellventils mit dem Auslass der Verdrängungspumpe verbunden, während der Auslass des Verstellventils beispielsweise eine direkte Verbindung in ein Reservoir für das Druckfluid oder in den Saugbereich aufweist. Verbindet bei der Konstantpumpe das Druckfluid aufgrund der auftretenden Druckkräfte den Einlass des Verstellventils mit dem Auslass, so wird ein Teil des Druckfluids direkt zum Beispiel in das Reservoir oder den Saugbereich der Pumpe geleitet, wodurch der Volumenstrom in Richtung des Aggregats oder Verbrauchers verringert und somit der Druck reduziert wird. Fällt der Druck aufgrund des dem Fluidstrom entzogenen Fluidvolumens unter den vorgegebenen Öffnungsdruck des Verstellventils, schließt das Ventil und der Rückfluss in das Reservoir bzw. den Saugbereich der Pumpe ist unterbrochen. Die Verdrängungspumpe mit einem verstellbaren Fördervolumen, weist ein Gehäuse auf, eine in dem Gehäuse gebildete Förderkammer mit einem Einlass für ein Druckfluid auf einer Niederdruckseite und einen Auslass für das Druckfluid auf der Hochdruckseite der Pumpe und wenigstens ein in der Förderkammer beweglich angeordnetes Förderglied für die Förderung des Druckfluids auf. Weiterhin weist die Verdrängungspumpe ein zu einer Stirnseite des Förderglieds angeordnetes oder das Förderglied umgebendes Stellglied auf, das für die Verstellung des Fördervolumens in dem Gehäuse hin und her bewegbar ist, eine Rückführleitung für Druckfluid zur Erzeugung einer in Richtung der Bewegbarkeit des Stellglieds auf dieses wirkenden Stellkraft und ein Rückstellglied zur Beaufschlagung des Stellglieds mit einer der Stellkraft entgegenwirkenden Rückstellkraft. Des Weiteren weist die Verdrängerpumpe ein Verstellventil auf, wie es vorgehend beschrieben wurde, und eine Ventilzuleitung, die den Auslass der Förderkammer mit dem Einlass des Verstellventils verbindet, wobei die Rückführleitung das Druckfluid von dem Auslass des Verstellventils zur Pumpe zurückführt.
• Dabei können in einer Versorgungsleitung stromabwärts von der Förderkammer mindestens ein hydraulischer Widerstand und ein mit dem Druckfluid zu versorgendes Aggregat angeordnet sein, wobei die Ventilzuleitung, die den Auslass der Förderkammer mit dem Einlass des Verstellventils verbindet, bevorzugt vor dem Widerstand von der Versorgungsleitung abzweigt, und von dem Widerstand oder in einem Bereich nach dem Widerstand eine zweite Ventilzuleitung abzweigt.
• Die Steuerkraft für das Verstellventil wird bevorzugt von einem Druckfluid aufgebracht, dass an einem Verbraucher, vorzugsweise an einem mit dem Druckfluid zu versorgenden Aggregat abgezweigt und über eine oder mehrere Zuführleitung dem oder den ersten Ventilkörperfläche/n des ersten Ventilkörpers des Verstellventils zugeführt. Dabei kann die Steuerkraft durch verschiedene Faktoren, wie zum Beispiel eine im Aggregat erzeugte Drehzahl oder Temperatur beeinflusst werden. Bevorzugt ist es dabei, wenn das Aggregat selbst mit Druckfluid der Druckseite der Verdrängungspumpe versorgt wird und sich die Steuerkraft folglich mit sich änderndem Druck des Druckfluids ändert. Weist das Verstellventil mehr als eine erste Ventilkörperfläche und mehr als eine Zuführleitung für das Druckfluid auf, so kann die Steuerkraft auch dadurch geändert werden, dass abhängig vom Betriebszustand nur eine, mehrere oder alle Zuführleitungen geöffnet bzw. geschlossen sind.
• Bei dem Widerstand handelt es sich bevorzugt um einen Filter für das Druckfluid, bei der Verdrängerpumpe um eine Schmierölpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die mit einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors anhängigen Geschwindigkeit angetrieben wird.
• Das beschriebene Verstellventil weist eine integrierte Kaltstartfunktion auf. Wie beschrieben ist in der Ausgangsposition der Einlass in die Druckkammer geöffnet, der Auslass ist dagegen von der Druckkammer getrennt, zum Beispiel verschlossen oder vorzugsweise mit der Umgebung verbunden. Wird jetzt die Verdrängerpumpe gestartet, kommt es zu einem Einfließen des Druckfluids in die Druckkammer und zu einem Druckaufbau in der Druckkammer bevor eine Steuerkraft vom Verbraucher her aufgebaut wird. Durch den Druck in der Druckkammer kann der zweite Ventilkörper, sobald die Druckkraft eine Rückstellkraft übersteigt von seiner ersten Position in seine zweite Position bewegt werden, wodurch der Einlass der Druckkammer mit dem Auslass der Druckkammer verbunden wird und Druckfluid durch die Rückführleitung zur Pumpe zurückgeführt wird. Der rückgeführte Druck bewirkt über das Stellglied eine Verstellung des beweglich angeordneten Förderglieds relativ zum ortsfesten Förderglied. Durch die veränderte Geometrie der Pumpe wird der Druck in der Druckkammer reduziert, bis die Rückstellkraft größer ist als die Kraft des Druckfluids. Die Rückstellkraft drückt jetzt den zweiten Ventilkörper zurück in seine erste Stellung, das heißt, der Auslass der Druckkammer ist wieder geschlossen, die Rückführleitung für das Druckfluid ist wieder mit der Umgebung verbunden. Kommt es jetzt zum Beispiel durch die Erhöhung der Motordrehzahl zu einem Anstieg der Fördergeschwindigkeit der Verdrängerpumpe, kann sich erneut Druck in der Druckkammer aufbauen, der wiederum dazu führt, dass der zweite Ventilkörper in seine zweite Position gedrückt wird und die Fluidverbindung zwischen Druckkammer und Stellglied hergestellt wird.
• Übersteigt die Steuerkraft den Wert der Rückstellkraft, kann der erste Ventilkörper aus seiner ersten Position in eine zweite Position bewegt werden, so dass obwohl der zweite Ventilkörper jetzt relativ zum ersten Ventilkörper seine erste Position einnimmt, der Einlass der Druckkammer direkt mit dem Auslass der Druckkammer verbunden ist.
• Vorteilhaft Ausführungen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben. Dabei zählt alles, was nicht beschrieben aber in den Figuren zur Erfindung gehörig gezeigt wird mit zum Umfang der Erfindung. Bei den Figuren werden Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben, die den Umfang der Erfindung nicht einschränken, sonder der Erläuterung der erfindungsgemäßen Gegenstände dienen.
• Die Figuren zeigen im Einzelnen:
• 1: Verstellventil einer ersten Ausführungsform mit dem ersten Ventilkörper und dem zweiten Ventilkörper in der ersten Position
• 2: Verstellventil einer ersten Ausführungsform mit dem ersten Ventilkörper in der ersten Position und dem zweiten Ventilkörper in der zweiten Position
• 3: Verstellventil einer ersten Ausführungsform mit dem ersten Ventilkörper und dem zweiten Ventilkörper in der zweiten Position
• 4: Schaltbild einer Verdrängungspumpe mit einem Verstellventil einer zweiten Ausführungsform mit dem ersten Ventilkörper und dem zweiten Ventilkörper in der ersten Position
• 5: Schaltbild einer Verdrängungspumpe mit Verstellventil einer zweiten Ausführungsform beim Kaltstart
• 6: Schaltbild einer Verdrängungspumpe mit Verstellventil einer zweiten Ausführungsform im Dauerbetriebszustand
• 7: eine dritte Ausführungsform des Verstellventils mit Kugel als zweitem Ventilkörper in der Grundstellung
• 8: Verstellventil der 7 beim Kaltstart
• 9: Verstellventil der 7 bei geregeltem Betrieb
• 10: eine vierte Ausführungsform des Verstellventils mit Kugel als Ventilkörper in der Grundstellung
• 11: Verstellventil nach 10 beim Kaltstart
• 12: Verstellventil nach 10 bei geregeltem Betrieb
• 13: Schaltbild einer Verdrängungspumpe mit geregeltem Fördervolumen mit Verstellventil im Dauerbetriebszustand
• 14: mehrstufiges Verstellventil
• 15: Verstellventil der 15 in der Ausgangs-, Kaltstart- und Regelungsstellung
• 16: Verstellventile mit je zwei Rückstellelementen
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verstellventil einer ersten Ausführungsform. Das Verstellventil 30 weist ein Gehäuse 29 auf, mit einem Einlass 27, der mit einer Zuführungsleitung 11a verbunden ist, und einem Auslass 28, der mit einer Rückführleitung 12 verbunden ist. Die Zuführleitung 11a kann zum Beispiel von einem nicht gezeigten Reservoir oder einer Pumpe gespeist werden. Bevorzugt wird die Zuführleitung von einer Verdränger- oder Verdichterpumpe gespeist, besonders bevorzugt von einer Verdrängerpumpe eines Verbrennungsmotors, beispielsweise einer Ölpumpe. Dabei ist über die Zuführleitung 11 zugeführte Medium ein Fluid, bevorzugt ein druckbeaufschlagtes Fluid oder Druckfluid. Die nicht gekennzeichneten Pfeile in allen Figuren stehen für die Wirkrichtung der Druckkraft des Druckfluids und für den Fließweg des Druckfluids.
• Durch den Einlass 27 wird das Druckfluid in eine Druckkammer 24 geleitet. Die Druckkammer 24 wird von Teilen des Gehäuses 29 und einem ersten Ventilkörper 31 gebildet. Im Ausführungsbeispiel ist die Druckkammer 24 ein im Wesentlichen zylindrischer Raum. Der in Umfangsrichtung durch das Gehäuse 29 begrenzt wird und dessen seitliche Begrenzungen durch den ersten Ventilkörper 31 bestimmt sind.
• Der erste Ventilkörper 31 besteht im Wesentlichen aus einem Ventilkörperendkolben 37, einem Ventilkörperauslassbereich 38 und einer die beiden Ventilkörperbereiche 37, 38 starr verbindenden Welle 39. Der Ventilkörperauslassbereich 38 weist vier unterscheidbare Bereiche auf, nämlich einen ersten Teil 38a, der einen größeren Durchmesser als die Welle 39 aber einen kleineren Durchmesser als die Druckkammer 24 aufweist, einen zweiten und vierten Teil 38b, 38d deren Durchmesser im Wesentlich gleich dem Durchmesser des Druckraums 24 ist, und einen dritten Teil 38c, der gegenüber der einen kleineren Durchmesser aufweist als der zweite Teil 38b und der vierte Teil 38d.
• Im ersten Teil 38a des Ventilkörperauslassbereichs 38 ist eine Durchgangsbohrung 40 eingebracht, die senkrecht zur Längsachse L des ersten Ventilkörpers 31 steht. Eine weitere Durchgangsbohrung 41 durchbricht den dritten Teil 38c und steht ebenfalls senkrecht zur Längsachse L. Eine dritte Bohrung 42, die als Sackbohrung in Längsrichtung des ersten Ventilkörper 31 ausgeführt ist, beginnt am der ersten Ventilkörperfläche 31a bezogen auf die Längsachse L entgegengesetzten Ende des ersten Ventilkörpers 31, durchbricht die Bohrung 41 im dritten Teil 38c und endet in oder kurz nach der Bohrung 40 im ersten Teil 38a des Ventilkörperendkolbens 38.
• In das offene Ende der Bohrung 42 ist ein zweiter Ventilkörper 32 eingeführt, der ebenfalls an seinem von der Druckkammer wegweisenden Ende eine Sackbohrung 43 in Längsrichtung des Ventilkörpers aufweist und eine zu dieser senkrecht stehende Durchgangsbohrung 44 in der die Sackbohrung 43 endet. Der zweite Ventilkörper 32 weist zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers auf, einen ersten Abschnitt dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Bohrung 42 entspricht und einen zweiten Abschnitt, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Bohrung 42 und der das druckkammerabseitige Ende des zweiten Ventilkörpers 32 bildet.
• Der zweite Ventilkörper 32 ist in der Bohrung 42 des ersten Ventilkörpers linear beweglich gelagert, das heißt, der zweite Ventilkörper 32 kann sich relativ zum ersten Ventilkörper 31 und relativ zu dem Gehäuse 29 entlang der gemeinsamen Längsachse L bewegen. Vorzugsweise wird der zweite Ventilkörper 32 im ersten Ventilkörper 31 so geführt, dass ausschließlich eine Bewegung entlang der Längsachse möglich ist.
• Der erste Ventilkörper 31 und der zweite Ventilkörper 32 befinden sich in der 1 in ihrer jeweiligen ersten Position. In dieser Position können beide Ventilkörper 31, 32 gemeinsam von dem durch den Einlass 27 einfließenden Druckfluid mit einer Druckkraft beaufschlagt werden. Das Druckfluid wirkt zum einen auf den ersten Ventilkörper, und zwar auf die am Ventilkörperendkolben 37 gebildete Ventilkörperfläche 31b, die der ersten Ventilkörperfläche 31a minus der Fläche des Durchmessers der Welle 39 entspricht und der bezüglich der Druckkammer gegenüber liegenden Ventilkörperflächen 31c und 31d, die aufaddiert die gleiche Angriffsfläche für das Druckfluid bieten. Die Kräfte des Druckfluids auf die Ventilkörperflächen 31b und 31c plus 31d sind daher im Gleichgewicht.
• Durch die Bohrung 40 im ersten Teil 38a des Ventilkörperauslassbereichs 38 kann das Druckfluid aus der Druckkammer in die Bohrung 42 fließen. Diese Bohrung ist in dem in 1 gezeigten Betriebszustand des Verstellventils 30 durch das zweite Ventil 32 verschlossen, so dass das zweite Ventil 32 an seinem druckkammerseitigen Ende mit der Druckkraft des Druckfluids beaufschlagt ist.
• Das zweite Ventil 32 wird von einem Rückstellelement 35, das beispielsweise eine vorgespannte Feder sein kann, in seiner ersten Position gehalten, solange die Kraft des Rückstellelements 35 größer ist als die Druckkraft des Druckfluids. In dieser Position ist der Auslass 28 über die Bohrung 41 im dritten Teil 38c des Ventilkörperendkolbens 38 und die Bohrungen 44 und 43 des zweiten Ventilkörpers mit zum Beispiel der der Umgebung verbunden, das heißt, über diese Öffnung kann die Rückführleitung 12 und das von ihr versorgte Aggregat oder Element entlüftet werden.
• Zusätzlich zu dem Druck des Druckfluids wirkt eine Steuerkraft 16 auf den ersten Ventilkörper 31 in eine erste Richtung, die der Richtung der Druckkraft des Druckfluids auf den zweiten Ventilkörper 32 entspricht. Die Steuerkraft kann durch einen Stellmotor, durch hydraulische oder pneumatische Stellkolben oder andere geeignete Vorrichtungen erzeugt werden. Sie kann aber auch, wie in den 4 bis 6 gezeigt, durch ein zweites Druckfluid generiert werden, das von der Verdrängungspumpe mit Druckfluid versorgt wird. Um eine Bewegung des ersten Ventilkörpers bei nur geringen Steuerkräften zu verhindern, kann eine weiteres zweite Rückstellelement 36 direkt auf das druckkammerabseitige Ende des Ventilkörperauslassbereichs 38 wirken. Sollte, anders als in der 1 gezeigt, das druckkammerabseitige Ende des zweiten Ventilkörpers 32 einen Durchmesser aufweisen, der nahezu oder genau dem Durchmesser des ersten Ventilkörper 31 entspricht, so könnten im druckkammerabseitigen Ende des zweiten Ventilkörpers Bohrungen, Öffnungen oder Durchbrüche vorgesehen sein, so dass das zweite Rückstellelement das druckkammerseitige Ende des zweiten Ventilkörpers 32 durchgreifend direkt auf den ersten Ventilkörper wirken kann.
• Das Rückstellelement 35, 36 kann eine Feder sein, beispielsweise eine Spiral- oder Druckfeder, oder ein anderes elastisches Element, das zum Beispiel mit einem komprimierbaren Fluid oder Gas gefüllt ist oder aus einem elastischen Material, wie Gummi oder ähnlichem besteht, und das die Bewegung des ersten Ventilkörpers 21 bzw. des zweiten Ventilkörpers 32 von einer ersten Position in eine zweite Position gegen die Richtung des Rückstellelements 35, 36 beim Überschreiten der Rückstellkraft zulässt, den entsprechenden Ventilkörper 31, 32 aber wieder in seine erste Position zurückbewegt, wenn der Druck durch das Druckfluid und/oder die Steuerkraft 16 kleiner ist als die jeweilige Rückstellkraft.
• In 2 ist die Situation gezeigt, in der Druckfluid in die Druckkammer 24 einfließt, an dem ersten Ventilkörper 31 aber keine Steuerkraft 16 anliegt. Dies kann bei einem Verbrennungsmotor beispielsweise beim Kaltstart der Fall sein. Beim Kaltstart treten bekanntlich sehr hohe Drücke in Verbrennungsmotoren auf, da das Öl noch keine Betriebstemperatur hat, die zu bewegenden Teile eventuell aufgrund des verdickten Öls aneinander kleben und so weiter. Das heißt, beim Kaltstart treten plötzlich sehr hohe Druckkräfte auf, die im schlimmsten Fall zur Zerstörung von Teilen des Antriebssystems führen können.
• In diesem Fall wird durch die Druckkräfte, die mittels des Druckfluids über die Bohrungen 40 und 42 an dem druckkammerseitigen Ende des zweiten Ventilkörpers 32 anliegen, der zweite Ventilkörper 32 gegen die Richtung der auf ihn wirkenden Rückstellkraft des Rückstellelements 35 oder einer extra für die Kaltstartsituation vorgesehene Rückstellkraft einer nicht gezeigten Kaltstartfeder gedrückt. Dadurch wird zunächst der Auslass 28 von der Umgebung, mit der er über die Bohrungen 44 und 43 im zweiten Ventilkörper 32 verbunden war, getrennt. Bei einer weiteren Bewegung des zweiten Ventilkörpers 32 entgegen der Richtung der Rückstellkraft wird der Einlass 27 für das Druckfluid über die Bohrungen 40, 41 und 42 im ersten Ventilkörper 31 mit dem Auslass 28 verbunden, so dass jetzt durch die Rückführleitung 12 Druckfluid beispielsweise zu einer Regeleinheit fließen kann, die den Druck des Druckfluids senkt.
• Beim Einsatz einer speziellen Kaltstartfeder kann beispielsweise die Kaltstartfeder beim Abstellen des Motors automatisch ausgelöst werden, so dass sie für den nächsten Startvorgang am zweiten Ventilkörper 32 anliegt. Dazu kann die Kaltstartfeder einen Durchmesser aufweisen, der kleiner oder größer ist, als der Durchmesser der Feder 35, so dass die Kaltstartfeder zusätzlich zur Feder 35 auf den zweiten Ventilkörper wirken kann. Wird die Kaltstartfeder dann während des Kaltstarts aufgrund der auftretenden Druckkräfte zusammengedrückt, bzw. der zweite Ventilkörper 32 in die zweite Richtung verschoben, führt dies zu einem Verrasten der Kaltstartfeder in einer Ruheposition, in der sie nicht mehr auf den zweiten Ventilkörper 32 wirken kann. Die Kaltstartfeder kann aber auch zum Beispiel durch eine hinter dem zweiten Ventilkörper 32 in seiner ersten Position aus der Gehäusewand nach innen ragende Art von Verriegelung gebildet sein, die vom zweite Ventilkörper 32 beim Anliegen eines definierten Kaltstartdrucks nach außen gegen eine Rückstellkraft in die Gehäusewand weg gedrückt und dort verriegelt wird. Dieser Verriegelungsmechanismus kann zum Beispiel mit einem Temperatursensor verbunden sein, der die Öltemperatur misst und nach dem Abstellen des Motors und dem Unterschreiten einer vorgegebenen Öltemperatur die Sperre aufhebt, so dass die Verriegelung durch die Rückstellkraft wieder in ihre Verriegelungsposition gedrückt werden können. Die beiden genannten Beispiele für eine Kaltstartfeder sind nur zwei Beispiele für das beanspruchte Prinzip und die Kaltstartfeder ist daher nicht auf die beiden Beispiele beschränkt.
• Während sich der zweite Ventilkörper 32 aufgrund der Druckkraft des Druckfluids von seiner ersten Position, die er in der 1 inne hatte, in seine zweite Position bewegt hat, hat sich der erste Ventilkörper, auf den, wie oben beschrieben in der Druckkammer 24 in beide Richtungen gleichgroße Kräfte wirken und der daher im Gleichgewicht ist, nicht aus seiner ersten Position bewegt.
• Eine Bewegung des ersten Ventilkörpers 31 aus der ersten Position in seine zweite Position erfolgt erst, wenn an der ersten Ventilkörperfläche 31a eine Steuerkraft anliegt, die größer ist als die Rückstellkraft 36, die auf den ersten Ventilkörper 31 wirkt. Diese Situation ist in der 3 gezeigt. Der erste Ventilkörper 31 wurde von seiner ersten Position, die er in den 1 und 2 innehatte, in seine zweite Position bewegt, Dadurch wurde der dritte Teil 38c des Ventilkörperauslassbereichs 38 über den zweiten Ventilkörper 32 geschoben, so dass die Verbindung des Einlasses 27 der Druckkammer 24 mit dem Auslass 28 über die Bohrungen 40, 41, 42 im ersten Ventilkörper wieder durch das Eindringen des zweiten Ventilkörpers 32 in die Sachbohrung 43 geschlossen wurde. Gleichzeitig wurde die durch den ersten Ventilkörper 31 gebildete Druckkammer 24 aber soweit verschoben, dass jetzt sowohl der Einlass 27 als auch der Auslass 28 direkt mit der Druckkammer in Verbindung stehen. Ein Nachlassen der Steuerkraft 16 unter das Niveau der Rückstellkraft 36 führt zu einer Bewegung des ersten Ventilkörpers 31 zurück in seine erste Position, wodurch der Weg für das Druckfluid durch die Bohrungen 40, 41, 42 wieder geöffnet wird, oder wenn die Druckkraft des Druckfluids gleichzeitig kleiner ist als die erste Rückstellkraft der Feder 35, zu einer Rückkehr des Systems in die Position, wie in der 1 gezeigt.
• Die 4 zeigt eine Verdrängerpumpe 6 mit verstellbarem Fördervolumen mit einem erfindungsgemäßen Verstellventil 20 in einer zweiten Ausführung, wobei statt dieser Ausführung auch das vorbeschriebene Verstellventil 30 verwendet werden könnte.
• Bei der Verdrängerpumpe 6 handelt es sich bevorzugt um eine Rotationskolbenpumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe, Flügelzellenpumpe oder Pendelschieberpumpe. Vorzugsweise handelt es sich um eine Schmierölpumpe für die Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Schmieröl. Ebenso kann es sich aber um eine Versorgungspumpe für ein anders Aggregat eines Kraftfahrzeugs oder um die Pumpe zu Versorgung eines Aggregats zum Beispiel einer Presse handeln.
• Die Verdrängerpumpe 6 weist ein Gehäuse 10, einen Pumpeneinlass 7 auf einer Niederdruckseite und einen Pumpenauslass 8 auf einer Hochdruckseite auf. In dem Gehäuse 10 ist eine Förderkammer gebildet, in der ein erstes Förderglied 1 mit einem zweiten Förderglied 2 zusammenwirkt, um den Druck in einem Fluid auf dem Weg von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite zu erhöhen. Das erste Förderglied 1 ist mit einem Antrieb verbunden, der es drehantreibt. Das erste Förderglied 1 ist im Allgemeinen axial nicht oder beinahe nicht bewegbar. Das erste Förderglied 1, das beispielsweise ein außenverzahntes Zahnrad sein kann, kann ein zweites Förderglied 2, zum Beispiel ebenfalls ein außenverzahntes Zahnrad, durch einen kämmenden Eingriff antreiben.
• Das zweite Fördeglied 2 kann im Gegenteil zum ersten Förderglied 1 axial verstellbar ausgelegt sein. Dazu weist das Förderglied 2 der 4 ein Stellglied 3a, 3b auf, das beidseitig an das Förderglied 2 anschließt. Dabei kann das Stellglied 3a, 3b mit dem Förderglied 2 fest verbunden sein, so dass das Stellglied 3a, 3b und das Förderglied nur gemeinsam bewegt und zum Beispiele ausgewechselt werden können. Das Stellglied 3a, 3b kann aber auch aus zwei Teilen bestehen, die durch eine Achse starr miteinander verbunden sind, wobei das Förderglied 2 auf dieser Achse drehbar gelagert ist.
• Das Stellglied 3b steht in Wirkverbindung mit einer Quelle für eine Rückstellkraft, hier eine Spiralfeder 5, die das Förderglied 2 in eine erste Richtung drückt, in der es in einer maximalen Überlappung mit dem ersten Förderglied 1 steht. Das Stellglied 3a kann auf seiner der Fördeglied 2 abgewandten Seite mit einer Kraft beaufschlagt werden, die der Rückstellkraft der Feder 5 entgegengesetzt ist. Diese Kraft wird vorzugsweise von der Pumpe selbst erzeugt, wie im Folgenden erläutert wird.
• Mit dem Auslass 27 der Verdrängerpumpe 6 verbunden, an diese angebaut oder in diese eingebaut ist im Ausführungsbeispiel ein Verstellventil 20. Das Verstellventil 20 ist im Wesentlich aufgebaut wie das vorbeschriebene Verstellventil 30 der 1 bis 3, weshalb bei beiden Verstellventilen 20, 30 gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und gegeneinander auswechselbar sind.
• Das Verstellventil 20 weist ein Gehäuse 29 auf mit einem Einlass 27 und einem Auslass 28. In dem Gehäuse 29 sind ein erster Ventilkörper 21 und ein zweiter Ventilkörper 22 gelagert, wobei jeder der Ventilkörper 21, 22 in eine Axialrichtung des Gehäuses linear translatorisch je in einer erste Position und in eine zweite Position, die unterschiedlich zur ersten Position ist, bewegbar ist. Dabei kann jeder der Ventilkörper 21, 22 relativ zum Gehäuse 29 und die Ventilkörper 21, 22 relativ zueinander bewegt werden. Die Ventilkörper 21, 22 können auf einander zu und voneinander weg bewegt werden.
• In dem Gehäuse 29 wird durch die Ventilkörper 21, 22 eine Druckkammer gebildet, die beispielsweise eine zylindrische Form aufweist, deren Außenumfangsseite durch das Gehäuse 29 gebildet wird, und deren axiale Endseiten von den Ventilkörper 21 und 22 gebildet werden. In der 4 ist die Situation gezeigt, wo sich beide Ventilkörper 21, 22 in ihrer jeweils ersten Position befinden.
• Der erste Ventilkörper 21 weist vier markante Abschnitte auf. Der erste Abschnitt weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser der Druckkammer 24 entspricht und dichtet die Druckkammer 24 an eines ihrer axialen Enden ab. Der an den ersten Abschnitt angrenzende zweite Abschnitt ist eine Welle, deren Durchmesser kleiner ist, als der Durchmesser des ersten Abschnitts. Der Dritte Abschnitt ist ein kegelförmiger Bereich, in dem sich die Welle im gezeigten Ausführungsbeispiel kontinuierlich erweitert, von dem Durchmesser der Welle bis zu einem Durchmesser der größer als der Durchmesser der Welle aber kleiner als der Durchmesser des ersten Abschnitts ist. Der Winkel mit dem sich die Welle kontinuierlich erweitert, kann konstruktiv vorgegeben werden, wodurch die Größe der durch diesen Bereich auf den ersten Ventilkörper 21 wirkenden Kräfte beeinflussbar ist. Statt einer kontinuierlichen Erweiterung der Welle kann auch eine treppenförmige oder eine Kombination aus kontinuierlicher und stufenartiger Erweiterung bei der Herstellung des ersten Ventilkörpers 21 vorgegeben werden. Schließlich kann der dritte Abschnitt auch ganz entfallen, das heißt, direkt an die Welle schließt sich ein zylindrischer Körper an, der dem jetzt beschriebenen vierten Abschnitt entspricht. Der vierte Abschnitt wird durch einen sich an den dritten Abschnitt anschließenden zylinderförmigen Körper gebildet, der den gleichen Außendurchmesser hat, wie der dritte Abschnitt. Alle Abschnitte grenzen unmittelbar aneinander und weisen eine gemeinsame Rotationsachse auf.
• Der zweite Ventilkörper 22 bildet praktisch eine Kappe für den vierten Abschnitt des ersten Ventilkörpers 21. Es ist ein zylindrischer Hohlkörper mit einer geschlossenen Seite und einer offenen Seite mit einer dort eingebrachten Sackbohrung, die in Richtung des ersten Ventilkörpers zeigt. Der Außendurchmesser des zweiten Ventilkörpers 22 entspricht dem Innendurchmesser der Druckkammer 24 und dem Außendurchmesser des ersten Abschnitts des ersten Ventilkörpers 21. Der Durchmesser der Sackbohrung entspricht dem Außendurchmesser des vierten Abschnitts des ersten Ventilkörpers 21, die Tiefe der Sackbohrung der axialen Länge des vierten Abschnitts. Die Seitenwanddicke des zweiten Ventilkörpers 22 entspricht somit der Differenz zwischen dem Innendurchmesser der Druckkammer 24 und dem Außendurchmesser des vierten Abschnitts des ersten Ventilkörpers 21. Diese Seitenwanddicke kann durch entsprechende Auslegung des vierten Abschnitts des ersten Ventilkörpers 21 bestimmt werden. Die minimale Dicke der Seitenwand wird durch das verwendete Material mitbestimmt, da der zweite Ventilkörper 22 auch in einer Position, in der er wie in der 5 gezeigt, nicht mehr vollständig auf dem ersten Ventilkörper 21 sitzt, nicht von den angreifenden Kräften verformt werden darf. Auf die geschlossene Seite des zweiten Ventilkörpers 22 wirkt eine Rückstellkraft, die im Ausführungsbeispiel von einer Feder aufgebracht wird und die den zweiten Ventilkörper 22 in die erste Richtung drückt, so dass er im Ruhezustand vollständig auf den ersten Ventilkörper 21, bzw. dessen vierten Abschnitt aufgeschoben ist.
• Wie die 4 zeigt sind die Verdrängerpumpe 6 und das Verstellventil 20 fluidtechnisch miteinander verbunden. Die Verdrängerpumpe 6 gibt an ihrem Auslass 8 ein Druckfluid an eine Leitung 11 ab. Über diese Leitung 11 wird das Druckfluid über einen Widerstand 13, beispielsweise einen Filter, an einen Verbraucher 14 abgegeben. Bevor das Druckfluid den Widerstand 13 erreicht, zweigt von der Leitung 11 eine Leitung 11a ab, die das Druckfluid oder Teile des Druckfluids durch den Einlass 27 in die Druckkammer 24 leitet. Der sich jetzt in der Druckkammer 24 aufbauende Druck wirkt in die erste Richtung auf die Ventilkörperfläche 21b des ersten Ventilkörpers 21 und in die zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, auf die schräge Ebene des dritten Abschnitts des ersten Ventilkörpers 21 und auf den sichtbaren Bereich des zweiten Ventilkörpers 22 zwischen der Druckkammerinnenwand und der Außenumfangsfläche des vierten Abschnitts des ersten Ventilkörpers.
• Von dem Verbraucher 14 wird über eine Leitung 15 ein zweites Druckfluid auf die von der Druckkammer 24 wegweisende Ventilkörperfläche 21a des ersten Ventilkörpers 21 geleitet. Das zweite Druckfluid, kann einen niedrigeren Druck aufweisen als das Druckfluid direkt nach dem Pumpenauslass 8, da es bevor es vom Verbraucher 14 zum Verstellventil 20 gelangt durch den Widerstand 13 geleitet wird, was im Regelfall zu einer Herabsetzung des Drucks im Druckfluid führt. Das zweite Druckfluid übt auf den ersten Ventilkörper 21 bzw. dessen Ventilkörperfläche 21a eine Steuerkraft 16 aus. Die 4 zeigt das Regelventil in einem Zustand, wo die Druckkraft des Druckfluids die auf den der Druckkraft ausgesetzten Rand des zweiten Ventilkörpers 22 in der Druckkammer 24 wirkt kleiner ist als die Rückstellkraft der Feder 25, und wo die Druckkraft des Druckfluids auf die Ventilkörperwand 21b größer ist, als die Steuerkraft 16 plus die auf den dritten Teil des ersten Ventilkörpers 21 wirkende Druckkraft des Druckfluids.
• In dieser Kräftekonstellation befinden sich der erste Ventilkörper 21 und der zweite Ventilkörper 22 in ihrer jeweils ersten Position, die Druckkammer 24 weist nur eine Verbindung zum Einlass 27 für das Druckfluid auf, während der Auslass 28 durch den zweiten Ventilkörper 22 von der Druckkammer 24 getrennt ist.
• In der 5 ist wie in der 2 die Situation gezeigt, bei der das Druckfluid unter hohem Druck steht und gleichzeitig noch keine Steuerkraft 16 im System aufgebaut ist, zum Beispiel die vorher beschriebene Kaltstartsituation. Dadurch wird in der Druckkammer 24 eine Druckkraft erzeugt, die größer ist als die Rückstellkraft der Feder 25 auf den zweiten Ventilkörper. Da die Druckkraft nur in dem Bereich auf den zweiten Ventilkörper 22 wirken kann, in dem er direkt die Druckkammer 24 hineinragt, alleine also auf die ringförmige Stirnseite, die den vierten Abschnitt des ersten Ventilkörpers 21 umgibt, wird nochmals deutlich, dass die Größe des dem Druckfluid ausgesetzten Teils des zweiten Ventilkörpers 22 über die Druckkraft entscheidet. Es gilt dass die angreifenden Druckkraft bestimmt wird durch die dem Druck ausgesetzte Fläche multipliziert mit dem anliegenden Druck, das heißt, je größer die Fläche ist, desto niedriger kann der Druck sein, um eine Kraft aufzubringen, die größer ist als die Rückstellkraft der Feder 25.
• Ist die Druckkraft, die aus der Druckkammer 24 auf den zweiten Koben 22 wirkt, größer als die Rückstellkraft der Feder 25, wird der zweite Ventilkörper aus seiner ersten Position in seine zweite Position bewegt. Dabei wird der zweite Ventilkörper 22 soweit linear in die zweite Richtung, die der Richtung der Rückstellkraft der Feder 25 entgegengesetzt ist, gedrückt, dass er die Verbindung zwischen der Druckkammer 24 und dem Auslass 28 frei gibt. Dies ermöglicht es dem Druckfluid durch die Rückführleitung 12 zurück zur Verdrängerpumpe 6 und dort in eine Druckkammer 4 zu fließen, die direkt an das Verstellglied 3a an dessen dem Förderglied 2 abgewandten Seite anschließt. Der sich in der Kammer aufbauende Druck führt zu einer axialen Verschiebung des zweiten Förderglieds 2 in die zweite Richtung, die der Richtung der Rückstellfeder 5 entgegengesetzt ist. Dadurch wird der wirksame Förderraum zwischen den Fördergliedern 1 und 2 verkleinert, was zu einem Absinken des Durchsatzes und einer Verringerung des Druckes im Druckfluid führt.
• Wie bereits beschrieben ist diese Situation typisch für die Anlaufphase eines Systems. Dabei muss es sich nicht um einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges handeln, sondern es kann jedes System sein, bei dem zu Beginn aufgrund der Trägheit des Systems, Adhäsion und im kalten Zustand zähflüssigen Betriebsmitteln, beispielsweise Öle, die Gefahr des Auftretens gefährlich hoher Drücke im System besteht. Diese Gefahr besteht auch, wenn im Stillstand das Druckfluid aus dem System zum Beispiel aufgrund auftretender Undichtigkeiten im System zurück in beispielsweise ein Reservoir läuft, so dass das System beim Start teilweise oder ganz entleert ist. Solche Systeme können beispielsweise Pressen, Stanzen oder Hebevorrichtung für schwere Lasten sein.
• In der 5 befindet sich das System in einem Anfahrzustand, in dem der erste Ventilkörper 21 durch die Druckkraft die auf seine Ventilkörperfläche 21b wirkt und die größer oder gleich der gegengerichteten Druckkraft auf die kegelförmige Oberfläche des dritten Teils des ersten Ventilkörpers 21 ist, noch in seiner ersten Position, während der zweite Ventilkörper 22 durch die in der Druckkammer 24 wirkende Druckkraft aus seiner ersten Position in seine zweite Position gedrückt wurde.
• In der 6 wird der Zustand des Systems im Gleichgewicht, zum Beispiel bei Dauerbetrieb gezeigt. Inzwischen hat das Druckfluid über die Leitung 11 den Widerstand 13 erreicht und überwunden und ist beim Verbraucher 14 angekommen. Im Verbraucher 14 wird ein Teil des dort verwendeten Druckfluids abgezweigt und über die Leitung 15 zu der Ventilkörperfläche 21a des ersten Ventilkörpers 21 geleitet. Die Steuerkraft 16 plus die durch das Druckfluid auf die kegelförmige Ventilkörperfläche des dritten Abschnitts des ersten Ventilkörpers 21 wirkende Druckkraft sind in dem gezeigten Zustand größer als die Rückstellkraft der Feder 25 plus die auf die Ventilkörperfläche 21b wirkende Kraft des Druckfluids. Dadurch werden sowohl der erste Ventilkörper 21 als auch der zweite Ventilkörper 22 aus ihrer jeweils ersten Position in ihre jeweils zweite Position gedrückt, so dass jetzt der vierte Abschnitt des ersten Ventilkörpers 21 vollständig in die Sackbohrung des zweite Ventilkörpers 22 eingefahren ist. Gleichzeitig wurde aber der erst Ventilkörper 21 linear in seine zweite Position verschoben, in der gleichzeitig der Einlass 27 und der Auslass 28 mit der Druckkammer verbunden sind, trotz der Tatsache, dass der erste Ventilkörper 21 mit seinem vierten Abschnitt voll in die Sackbohrung des zweiten Ventilkörpers 22 eingefahren ist. In der in der 6 gezeigten Situation kann Druckfluid von dem Verstellventil 20 in die Druckkammer 4 der Verdrängerpumpe 6 fließen, wodurch das zweite Förderglied 2 entgegen der Rückstellkraft der Feder 5 verschoben werden kann, wodurch der Druck im Druckfluid nachlässt. Im Regelbetrieb, das heißt, wenn sich der Kolben 1 relativ zum Kolben 2 nicht bewegt, heben sich die Druckkräfte an den Flächen 22a und 21c und die dieser Druckkraft entgegenwirkende Druckkraft 21b auf. Die einzige Kraft, die jetzt noch auf das Verstellventil wirkt, ist die Steuerkraft 16.
• Wenn in dieser Regelfrequenz der Auslass 28 durch den Ventilkörper vollständig von dem Einlass 27 und der Druckkammer 24 getrennt ist, sorgt eine nicht gezeigte Entlüftungsöffnung, die zum Beispiel an der der Rückstellfeder 25 zugewandten Seite des zweiten Ventilkörpers 22 gebildet sein kann dafür, dass das in der Rückführleitung 12 und der Druckkammer 4 vorhandene Druckfluid zum Beispiel in den Sumpf zurückfließen kann.
• Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellventils zeigt die 7, hier in Verbindung mit einer konstanten Verdrängungspumpe. Der erste Ventilkörper 51 und der zweite Ventilkörper 52 bilden an ihren einander zugewandten axialen Enden je eine Anlagefläche, an denen die beiden Ventilkörper 51, 52 aneinander stoßen. Die Anlageflächen verhindern eine Überlappung der beiden Ventilkörper 51, 52 wenn eines der beiden Ventilkörper 51, 52 oder beide Ventilkörper 51, 52 gemeinsam bewegt werden. In dem gezeigten dritten Ausführungsbeispiel wird der zweite Ventilkörper 52 durch eine Kugel und eine Führung für die Kugel gebildet oder mitgebildet. Die 7 zeigt das Stellventil 50 in seiner Grundstellung, das heißt in dem Zustand, wo in der Druckkammer 24 der gleiche Druck herrscht wie im übrigen Leitungssystem oder das Leitungssystem entleert ist. Das heißt das Stellventil 50 befindet sich zum Beispiel in einen Gleichgewichtszustand, bei dem sich die Druckkraft des Druckfluids und die Rückstellkraft des Rückstellelements 55 aufheben und die Druckkraft des Druckfluids plus die Rückstellkraft der Steuerkraft 16 entsprechen. In diesem Zustand fließt kein Druckfluid durch das Verstellventil 50, da der Einlass 27 in die Druckkammer 24 zwar geöffnet, der Auslass 28 aus der Druckkammer 24 aber durch den zweite Ventilkörper 52, hier die Kugel, verschlossen ist.
• Dabei weist der erste Ventilkörper 51 an seinem dem zweiten Ventilkörper 52 zugewandten Ende eine Sackbohrung mit seitlichen Durchbrechungen 45 auf. Durch die seitlichen Durchbrechungen 45 kann Druckfluid in den hohlen Bereich 45 einfließen und dort direkt an dem als Kugel ausgebildeten zweiten Ventilkörper 52 anliegen. Die Kugel selbst kann lose auf dem Rückstellelement 55, hier als Feder dargestellt, aufliegen, kann mit dem Rückstellelement 55 verbunden, beispielsweise aufgelötet oder aufgeklebt sein oder an dem Rückstellelement 55 kann ein Aufnahme gebildet sein, in der die Kugel formschlüssig gehalten wird. Bevorzugt wird die Kugel bei ihrer Bewegung geführt, wobei zum Beispiel drei über die Kugel reichende und über den Umfang der Kugel verteilte Stäbe genügen können. Diese Stäbe oder andere Führungselemente (z. B. ein Siebrohr, ein Drahtkäfig, ein Bereich des Stellventilkörpers mit einem Innendurchmesser der dem Durchmesser der Kugel entspricht) für die Kugel können entweder an dem Ende des ersten Ventilkörpers 51 das der Kugel zugewandt ist angeformt oder befestigt sein, oder von diesem gebildet werden. Die Führung für die Kugel kann aber auch Teil des zweiten Ventilkörpers 52 oder des Rückstellelements 55 sein.
• Die 8 zeigt das Verstellventil 50 der 7 bei einem Kaltstart. Beim Kaltstart tritt plötzlich ein hoher Druck im Druckfluid auf. Um diesen Druck nicht zu sehr ansteigen zu lassen, ermöglicht es das Verstellventil 50 zum Beispiel über eine Rückführung des hohen Drucks zu einer Druckkammer der Pumpe 6 ein Stellglied zu verstellen und somit das durch die Pumpe 6 geförderte Fluidvolumen pro Umdrehung einzuregeln (siehe Beschreibung zu den 4 bis 6). Das Druckfluid mit dem hohen Druck dringt in die Druckkammer 24 des Verstellventils 50 ein. Durch den bereits zur 7 beschriebenen Hohlraum 45 in ersten Ventilkörper 51 kann der Druck auf die Kugel einwirken. Übertrifft die auf die Kugel wirkende Druckkraft die Rückstellkraft, so wird die Kugel gegen die Richtung der Rückstellkraft verschoben und dadurch der Auslass 28 aus der Druckkammer 24 des Stellventils 50 nach und nach freigegeben. Durch den frei gegebenen Auslass 28 kann Druckfluid in den Saugbereich der Pumpe 6 zurückfließen, wodurch der Volumenstrom in Richtung des Verbrauchers verkleinert wird, was zu einem Druckabfall im Druckfluid führt. Je größer die Druckkraft des Druckfluids ist, desto weiter wird die Kugel gegen die Rückstellkraft verschoben und desto weiter öffnet sich die Auslassöffnung 28. Je weiter der Auslass geöffnet ist, desto mehr Druckfluid wird über das Verstellventil 50 zurück zur Saugseite 7 der Pumpe 6 geleitet. Dabei kann der Grenzdruck, ab dem es zu einer Verschiebung der Kugel kommt durch die Größe der Angriffsfläche an der Kugel für das Druckfluid und die Wahl der Rückstellkraft konstruktiv sehr genau bestimmt werden.
• Statt der beschriebenen Verstellung des Stellgliedes direkt durch den Druck des Druckfluids kann auch eine Regeleinheit vorgesehen sein, die beim Erfassen eines Fließen des Druckfluids durch den Auslass 28 der Druckkammer 24 das ausströmende Volumen pro Zeiteinheit oder den Druck misst und aufgrund des gemessenen Wertes eine Regulierung des in das Stellventil 50 einfließenden Druckfluids bewirkt.
• 8 zeigt eine Situation, wo erst ein kleiner Bereich des Auslasses 28 freigegeben ist, das heißt, der Druck des Druckfluids auf die Kugel ist nur wenig größer als die Rückstellkraft der Feder 35.
• In der 9 wird eine Stellung der Ventilkörper 50 bei geregeltem Betrieb gezeigt. Im gezeigten Fall wirkt eine Steuerkraft 16 auf den ersten Ventilkörper 51 die größer ist als die Rückstellkraft. Dadurch wird der erste Ventilkörper 51 in die zweite Richtung gedrückt und drückt seinerseits den zweiten Ventilkörper 52 in die gleiche Richtung. Bei dieser Bewegung wird die durch die Ventilkörper 51, 52 gebildete Druckkammer 24 linear verschoben, so dass die Druckkammer 24 jetzt den Einlass 27 und den Auslass 28 des Stellventils 50 direkt miteinander verbindet. Dadurch kann das Druckfluid direkt in den Saugbereiche der Pumpe 6 gelangen. Lässt die Steuerkraft 16 nach, drückt die Rückstellkraft den ersten und zweiten Ventilkörper 51, 52 wieder in die erste Richtung und der Auslass 28 wird wieder verschlossen. Durch die gegenläufigen linearen Bewegungen der beiden Ventilkörper 51, 52 in Abhängigkeit der auf den erstens Ventilkörper 51 wirkenden Steuerkraft 16 kann eine effektive, schnell reagierende Regelung für das Fördervolumen und somit den Systemdruck auf einfache Weise erreicht werden.
• Die 10 bis 12 beschreiben ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellventils, bei dem der zweite Ventilkörper 62 von einer Scheibe gebildet oder mitgebildet wird. Für diese Figuren, die das Stellventil 60 in der Grundstellung (10), bei Kaltstart (11) und beim geregelten Betrieb (12) zeigen, gilt das gleich, wie das zu den 7 bis 9 Gesagte. Die Bezugszeichen des ersten Ventilkörpers 61 und der Feder 65 sind konsequenterweise für das Ausführungsbeispiel angepasst worden.
• Die 13 entspricht im Wesentlichen der 6, mit dem Unterschied, dass die 13, wie die 7 bis 12, eine Verdrängungspumpe 6 mit variablem Verdrängungsvolumen, im Zusammenwirken mit dem Verstellventil 20 der zweiten Ausführungsart zeigt. Das bereits zu den 7 bis 12 Gesagte gilt daher auch für die 13. Der Unterschied zwischen den 13 und 6 besteht darin, dass in der 13 der Auslass 28 aus der Druckkammer 24 mit einer Leitung 12 verbunden ist, durch die das Druckfluid bei der gezeigten Verbindung des Einlasses 27 mit dem Auslass 28 direkt aus der Druckkammer 24 zurück in den Saugbereich 7 der Pumpe 6 geleitet wird. Durch die Abzweigung eines Teils des von der Pumpe 6 kommenden Volumenstroms durch das Verstellventil 20 in das Reservoir, wird der zum Verbraucher 14 fließende Volumenstrom verringert und entsprechend der auf den oder in dem Filter 13 wirkende Druck reduziert. Fällt der Fluiddruck unter einen vorgegebenen Wert, kann die Feder 25 den zweiten Ventilkörper gegen die Druckkraft des Druckfluids wieder in eine Verschlussstellung drücken, in der der Auslass 28 des Verstellventils 20 wieder von dem Einlass 27 getrennt ist, so dass kein Druckfluid mehr durch die Leitung 12 abfließt.
• Die 14 zeigt eine mehrstufiges Verstellventil, im gezeigten Beispiel eine zweistufiges Verstellventil. Dieses Verstellventil 20' weist an seinem ersten Ventilkörper 21' zwei von einander unabhängige Ventilkörperflächen 21a' und 21a'' auf. Zu jeder der beiden Ventilkörperflächen führt eine separate Zuleitung 15', 15'' über die das vom Verbraucher 14 kommende Druckfluid an die jeweiligen Ventilkörperfläche 21a', 21a'' zugeführt werden kann. Dabei kann beide Ventilkörperflächen 21a', 21a'' gleichzeitig Druckfluid zugeführt werden, wodurch die dann wirkende Steuerkraft 16 die Summe der Teilsteuerkräfte 16' und 16'' ist. Es kann aber auch nur die Leitung 15', 15'' zu einer der Ventilkörperflächen 21a' oder 21a'' geöffnet sein, so dass in diesem Fall die Steuerkraft 16 der entsprechenden Teilsteuerkraft 16', 16'' entspricht. Im gezeigten Beispiel kann das Druckfluid durch die Leitung 15' direkt zu der Ventilkörperfläche 21a' fließen. Dagegen fließt das Druckfluid, dass der Ventilkörperfläche 21a'' zugeführt wird, über eine Vorrichtung die zum Beispiel ein Fließen des Druckfluids durch die Vorrichtung erst bei einem vorgegebenen Druck erlaubt. Die Teilsteuerkräfte 16' und 16'' können gleich groß sein oder aber unterschiedliche Werte ausweisen, sie sind abhängig von der Größe der Fläche, an der das Druckfluid angreifen kann. Das hier am Beispiel eines zweistufigen Verstellventils Beschriebene, gilt selbstverständlich ebenso bei drei- oder n-stufigen Verstellventilen.
• Die 15 zeigt das Verstellventil 20' der 14 in der Ausgangsstellung a), in der kein Steuerkraft 16 auf die Ventilkörperflächen 21a' und 21a'' wirkt, in der Kaltstart Position b), in der der Ventilkörper 21' noch in seiner Ausgangsstellung ist, während der Ventilkörper 22' durch das durch die Zuführleitung 11a' zugeführte Druckfluid gegen die Rückstellkraft der Feder 36' in eine Offenstellung gedrückt wurde. Das in den Druckraum 24 einfließende Druckmedium kann jetzt durch eine Bohrung in dem Ventilkörper 22', die auch die Feder 36' teilweise aufnimmt und führt, durch die Rückführleitung 12' entweder zu einer Druckkammer der Pumpe oder dem Saugbereich der Pumpe entweichen. In der Regelungsposition c) wirkt das Druckfluid über die Zuführleitungen 15' und 15'' mit der Steuerkraft 16' auf die Ventilkörperflächen 21a', 21a'', und ist jetzt zusammen mit der Rückstellkraft der Feder 36' die einzige Kraft zur Regelung des Steuerventils. Die gezeigte Regelungsposition c) kann dadurch eingestellt werden, dass entweder nur Druckfluid über die Leitung 15' der Ventilkörperfläche 21a', nur Druckfluid über die Leitung 15'' der Ventilkörperfläche 21a'' oder beiden Ventilkörperflächen 21a', 21a'' gleichzeitig Druckfluid über die jeweilige Leitung 15', 15'' zugeführt wird.
• Die 16 zeigt Verstellventile der vorbeschriebenen Art mit jeweils zwei Federn 35', 36'. Es handelt sich hier um eine nicht abschließende Auswahl von Beispielen, die zeigen, wie die Federn 35, 36 der 1 bis 3 vorteilhaft in den beschriebenen Verstellventile verwendet werden können. Weitere hier nicht gezeigte Anordnungen von zwei oder mehr Federn in einem Stellventil, fallen ebenfalls unter den Schutz dieser Anmeldung. So kann zum Beispiel das Ventil gemäß der 1 eine dritte Feder 35' aufweisen.
• Bezugszeichenliste

1

erstes Förderglied

2

zweites Förderglied

3a

Stellglied

3b

Stellglied

4

Druckkammer

5

Feder

6

Verdrängerpumpe

7

Pumpeneinlass, Saugbereich

10

Gehäuse

11

Leitung

11a

Zuführleitung

11a'

Zuführleitung

12

Rückführleitung

12'

Rückführleitung

13

Widerstand

14

Verbraucher

16

Steuerkraft

16'

Steuerkraft

16''

Steuerkraft

20

Verstellventil

20'

Verstellventil

21

erster Ventilkörper

21'

erster Ventilkörper

21a

Ventilkörperfläche

21a'

Ventilkörperfläche

21a''

Ventilkörperfläche

21b

Ventilkörperfläche

22

zweiter Ventilkörper

22'

zweiter Ventilkörper

24

Druckkammer

25

Feder

27

Einlass

28

Auslass

29

Gehäuse

30

Verstellventil

31

erster Ventilkörper

31a

erste Kobenfläche

31b

Ventilkörperfläche

31c

Ventilkörperfläche

31d

Ventilkörperfläche

32

zweiter Ventilkörper

35

Rückstellelement, Feder

35'

Rückstellelement, Feder

36

Rückstellelement, Feder

36'

Rückstellelement, Feder

37

Ventilkörperendkolben

38

Ventilkörperauslassbereich

38a

erster Teil

38b

zweiter Teil

38c

dritter Teil

38d

vierter Teil

39

Welle

40

Durchgangsbohrung

41

Bohrung

42

Bohrung

43

Sackbohrung

44

Bohrung

45

Durchbrechung

50

Verstellventil

51

erster Ventilkörper

52

zweiter Ventilkörper

55

Feder

60

Verstellventil

61

erster Ventilkörper

62

zweiter Ventilkörper

65

Feder

L

Langsachse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 10222131 B4 [0004]
• DE 10237801 A1 [0004, 0005, 0007]
• DE 10222131 C2 [0004]

Claims (19)

1. Verstellventil für eine Verdrängerpumpe, das Verstellventil umfassend a) ein Ventilgehäuse (29) mit einer Druckkammer (24), die einen Einlass (27) und einen Auslass (28) für das Druckfluid aufweist, b) einen ersten Ventilkörper (21; 31), welcher mit wenigstens einer Steuerkraft (16) beaufschlagbar ist, c) einen relative zu dem ersten Ventilkörper (21; 31) beweglichen zweiten Ventilkörper (22; 32), der in eine erste Richtung bis in eine erste Position und in eine zweite Richtung bis in eine zweite Position beweglich ist, und der eine Ventilkörperfläche (22a; 32a) aufweist, die mit dem Druckfluid in die zweite Richtung beaufschlagbar ist, d) und wenigstens ein auf den zweiten Ventilkörper (22; 32) wirkendes Rückstellglied (25; 35), welches dem Druckfluid entgegenwirkt, e) wobei der Einlass (27) und der Auslass (28) der Druckkammer (24) bei in der ersten Position befindlichem zweiten Ventilkörper (22; 32) voneinander getrennt und bei in der zweiten Position befindlichem zweiten Ventilkörper (22; 32) miteinander verbunden sind.
2. Verstellventil nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Steuerkraft/Steuerkräfte (16, 16', 16'') der Kraft des wenigstens einen Rückstellglieds (25; 35, 36') entgegenwirkt/en.
3. Verstellventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Ventilkörper (21; 21'; 31) wenigstens eine erste Ventilkörperfläche (21a; 21a', 21a''; 31a) besitzt, die zur Erzeugung der wenigstens einen Steuerkraft (16; 16', 16'') mit einem zweiten Druckfluid beaufschlagbar ist.
4. Verstellventil nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Ventilgehäuse (29) für die Beaufschlagung der ersten Ventilkörperfläche/n (21a; 21a', 21a''; 31a) wenigstens einen weiteren Einlass für das zweite Druckfluid aufweist.
5. Verstellventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Ventilkörper (21; 21') längs einer Translationsachse beweglich ist und sich der zweite Ventilkörper (22; 22') um den ersten Ventilkörper (21; 21') erstreckt.
6. Verstellventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Ventilkörper (31) längs einer Translationsachse beweglich ist und der zweite Ventilkörper (32) in den ersten Ventilkörper (31) ragt.
7. Verstellventil nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventilkörper (21, 22; 21', 22'; 31, 32) axial aneinander geführt sind.
8. Verstellventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Ventilkörper (21; 21') und der zweite Ventilkörper (22; 22') an einem axialen Ende je eine Anlagefläche aufweisen, wobei die beiden Anlageflächen sich gegenüber liegen und die beiden Ventilkörper (21, 22; 21', 22) bei einer gemeinsamen Bewegung an den Anlageflächen aneinander stoßen.
9. Verstellventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Ventilkörper (21; 31) einander zugewandte Ventilkörperflächen (21b, 21c; 31b, 31c) aufweist, von denen wenigstens eine die Druckkammer (24) an einer Stirnseite begrenzt.
10. Verstellventil nach dem vorangehenden Anspruch, wobei in der zweiten Position des zweiten Ventilkörpers (22) der Einlass (27) über die Druckkammer (24) direkt mit dem Auslass (28) verbunden ist.
11. Verstellventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Ventilkörper (31) einen Verbindungskanal (33) aufweist, der den Einlass (27) mit dem Auslass (28) verbindet, wenn der zweite Ventilkörper (32) die zweite Position einnimmt, und von dem zweiten Ventilkörper (32) verschlossen wird, wenn der zweite Ventilkörper (32) die ersten Position einnimmt.
12. Verstellventil nach einem der vorangehenden Ansprüche mit wenigstens einem zusätzlichen Rückstellglied (36), welches das Rückstellglied (35) und/oder die Steuerkraft (16; 16', 16'') unterstützt.
13. Verstellventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Ventilkörper durch einen Kolben, eine Kugel oder ein Plättchen gebildet oder mitgebildet wird.
14. Verdrängerpumpe, umfassend a) ein Gehäuse (10), b) eine in dem Gehäuse (10) gebildete Förderkammer mit einem Einlass (7) für ein Druckfluid auf einer Niederdruckseite und einem Auslass (8) für das Druckfluid auf einer Hochdruckseite der Pumpe (6), c) wenigstens ein in der Förderkammer beweglich angeordnetes Förderglied (2) für die Förderung des Druckfluids, d) ein Verstellventil (20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, e) eine Ventilzuleitung (11a), die den Auslass (8) der Förderkammer mit dem Einlass (27) des Verstellventils (20; 30) verbindet und f) eine Rückführleitung (12), die das Druckfluid von dem Auslass (28) des Verstellventils (20; 30) wegführt.
15. Verdrängerpumpe nach dem vorangehenden Anspruch, wobei a) in einer Versorgungsleitung (11, 11b) in Fließrichtung nach der Förderkammer mindestens ein hydraulischer Widerstand (13, 14) angeordnet ist, vorzugsweise ein Filter (13), und ein mit dem Druckfluid zu versorgendes Aggregat (14), b) die Ventilzuleitung (11a) vor dem Widerstand (13, 14) abzweigt, und c) von dem Widerstand (14) oder nach dem Widerstand (13, 14) wenigstens eine weitere Ventilzuleitung (15; 15', 15'') abzweigt.
16. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an einem Verbraucher, vorzugsweise an einem mit Druckfluid zu versorgendem Aggregat (14), das Druckfluid abzweigbar ist und als weiteres Druckfluid zur Beaufschlagung der einen oder mehreren ersten Ventilkörperfläche/n (21a; 21a', 21a''; 31a) des ersten Ventilkörpers (21; 21'; 31) des Verstellventils (20; 20'; 30) dient und als Steuerkraft (16; 16', 16'') für das Verstellventil (20; 30) wirkt.
17. Verdrängerpumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (6) ein zu einer Stirnseite des Förderglieds (2) angeordnetes oder das Förderglied (2) umgebendes Stellglied (3a, 3b) aufweist, das für die Verstellung des Fördervolumens in dem Gehäuse (10) hin und her bewegbar ist, und wobei die Rückführleitung (12) das Druckfluid der Pumpe (6) zur Erzeugung einer Stellkraft zuführt, die in Richtung der Bewegbarkeit des Stellglieds (3a, 3b) auf dieses einwirkt.
18. Verdrängungspumpe nach dem vorgehenden Anspruch, wobei die Pumpe (6) ein Rückstellglied (5) zur Beaufschlagung des Stellglieds (3a, 3b) mit einer der Stellkraft entgegenwirkenden Rückstellkraft aufweist.
19. Verdrängerpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (6) eine Schmierölpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ist und mit einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängenden Geschwindigkeit angetrieben wird.

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