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Die Erfindung betrifft ein Öldruck-Regelventil, insbesondere für den Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Zylinder verschiebbar geführten Steuerkolben, dessen erste Stirnfläche über einen mit dem druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes verbundenen Steuerkanal vom einzustellenden Öldruck beaufschlagt wird und an dessen gegenüberliegender Stirnfläche ein Federelement angreift, das im Hinblick auf den gewünschten Öldruck eine geeignete Reaktionskraft erzeugt, so daß im Zylinder unter Passieren eines verjüngten Schaftabschnittes des Steuerkolbens eine Verbindung zwischen einem Druckölkanal sowie einem drucklosen Ölrücklaufkanal herstellbar oder unterbrechbar ist. Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die
DE 195 40 529 A1 verwiesen.
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Öldruck-Regelventile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind in mannigfachen Ausführungsformen bekannt geworden. Zumeist zeichnen sie sich bei größter Funktionssicherheit durch relativ einfache Bauweise aus. Teilweise erzeugen derartige Regelventile in ihrem Betrieb jedoch unangenehme Schnarrgeräusche, die durch den sich oszillierend bewegenden Steuerkolben hervorgerufen werden. Eine mögliche Maßnahme zur Vermeidung dieser Schnarrgeräusche ist in der o. g. Schrift offenbart, jedoch ist diese Maßnahme hinsichtlich der jeweiligen Abstimmung auf einen bestimmten Anwendungsfall relativ aufwendig.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden demgegenüber einfachere Maßnahmen zur Vermeidung der durch die oszillierende Bewegung des Steuerkolbens hervorgerufenen Schnarrgeräusche aufgezeigt (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 vorgesehen, eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Unteranspruch 3 angegeben.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, daß das Öldruck-Regelventil bzw. genauer dessen Steuerkolben mit dem besagten Federelement zusammen mit der auf den Steuerkolben einwirkenden Ölsäule ein schwingungsfähiges System darstellt, das jedoch durch geeignete Dämpfungsmaßnahmen im System praktisch nicht mehr in den Bereich seiner Eigenfrequenz gelangen kann. Diese eingangs geschilderten, unerwünschten Schnarrgeräusche ergeben sich nämlich bei einer oszillierender Schwingbewegung des Steuerkolbens des Öldruck-Regelventiles im Bereich seiner Eigenfrequenz. Wird nun durch geeignete Dämpfungsmaßnahmen das Erreichen dieser Eigenfrequenz nahezu ausgeschlossen, so können die zu beanstandenden Schnarrgeräusche auch nicht mehr auftreten.
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Eine relativ einfache und dennoch äußerst wirkungsvolle Dämpfungsmaßnahme besteht darin, daß im Steuerkanal, über welchen der Steuerkolben des Öldruck-Regelventiles mit dem einzustellenden Öldruck beaufschlagt wird, ein Drosselelement vorgesehen ist. Dieses Drosselelement läßt die schwingungs-erregenden Frequenzen in der Ölsäule nicht mehr ungehindert auf den Steuerkolben auftreffen, so daß dieser vom Druckölsystem der Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine, nicht mehr in die unerwünschten Schwingungs-Frequenzen im Eigenfrequenzbereich gebracht werden kann.
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Eine andere, ggf. auch zusätzliche und dabei ebenso wirkungsvolle Dämpfungsmaßnahme besteht darin, daß der Steuerkolben selbst in seiner Schwingungsbewegung bedampft wird. Als relativ einfacher Schwingungsdämpfer kann hierfür quasi ein Öldruck-Dämpfer zum Einsatz kommen, der sich in konstruktiv besonders vorteilhafter Anordnung einer im wesentlichen abgeschlossenen Kammer bedient, in welcher gleichzeitig das am Steuerkolben angreifende Federelement angeordnet ist. Über einen geeigneten Drosselkanal, der im bzw. am an die besagte Kammer angrenzenden Schaftendabschnitt des Steuerkolbens vorgesehen ist, steht diese Kammer mit einem Bereich in Verbindung, in welchem druckloses Öl vorliegt, so daß bei einer aufkommenden oszillierenden Schwingbewegung des Steuerkolbens über diesen Drosselkanal Öl aus der Kammer verdrängt sowie über diesen Drosselkanal und weitere unvermeidbare Leckspalte wieder angesaugt wird, wodurch diese Schwingungsbewegung des Steuerkolbens hocheffizient gedämpft werden kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines lediglich in einer Prinzipskizze (1) dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die beiden oben kurz geschilderten Maßnahmen nebeneinander realisiert sind. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß auch nur mit einer dieser beiden Maßnahmen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird.
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Dabei zeigt 1 einen Prinzip-Schnitt durch eine Schmierölpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Öldruck-Regelventil, sowie lediglich prinzipiell dessen bzw. deren Einbindung in den Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine, während in 2 der Steuerkolben des Öldruck-Regelventiles separat perspektivisch dargestellt ist.
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Mit der Bezugsziffer 1 ist das Gehäuse einer Schmierölpumpe 2 einer Brennkraftmaschine 3 bezeichnet, in welchem neben dieser Schmierölpumpe 2 auch ein Öldruck-Regelventil 4 vorgesehen ist, mit Hilfe dessen der Öldruck im druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufs 5 der Brennkraftmaschine 3 auf einen Maximalwert begrenzt wird. Bestandteile der Schmierölpumpe 2 sind neben Pumpenrädern 6 eine Saugkammer 7 sowie eine Druckkammer 8, wobei die Saugkammer 7 über eine Saugleitung 9 mit der Ölwanne 10 der Brennkraftmaschine 3 verbunden ist, während von der Druckkammer 8 eine Druckleitung 11 abzweigt, die über ein Ölfilter 12 im druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes 5 der Brennkraftmaschine 3 mündet.
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Ein wesentlicher Bestandteil des Öldruck-Regelventiles 4 ist ein sog. Steuerkolben 13, der längs seiner Achse 14 verschiebbar in einem Zylinder 15, der Bestandteil des Gehäuses 1 ist, geführt ist. Dieser Steuerkolben 13 besitzt (hier rechtsseitig) eine erste Stirnfläche 13a, deren Querschnitt gleich dem Innenquerschnitt des Zylinders 15 ist, sowie dieser Stirnfläche 13a gegen-überliegend eine (hier linksseitige) zweite Stirnfläche 13b, deren Querschnitt ebenfalls gleich dem Innenquerschnitt des Zylinders 15 ist. Zwischen diesen beiden Stirnflächen 13a, 13b besitzt der Steuerkolben 13 wie ersichtlich einen gegenüber den Stirnflächen 13a, 13b verkleinerten und daher im weiteren als verjüngt bezeichneten Schaftabschnitt 13c. An die Stirnfläche 13b schließt sich auf der dem Schaftabschnitt 13c abgewandten Seite ein hülsenförmiger sog. Schaftendabschnitt 13d an, durch den der Steuerkolben 13 verkantungsfrei im Zylinder 15 geführt wird. An die Stirnfläche 13a hingegen schließt sich auf der dem Schaftabschnitt 13c abgewandten Seite ein sog. Distanzsteg 13e an, dessen Durchmesser im wesentlich gleich demjenigen des verjüngten Schaftabschnittes 13c ist, und der verhindert, daß der Steuerkolben 13 mit seiner Stirnfläche 13a direkt an der Endwand 15a des Zylinders 15 zum Anliegen kommt.
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Ein weiteres Element des Öldruck-Regelventiles 4 ist ein als Druck-Wendelfeder ausgebildetes Federelement 16, das sich einerseits an der Stirnfläche 13b des Steuerkolbens 13 und andererseits an einer in den Zylinder 15 eingesetzten Bodenplatte 17 abstützt. Diese ebenfalls hülsenförmig ausgebildete Bodenplatte 17 begrenzt zusammen mit der Stirnseite 13b des Steuerkolbens 13 sowie dem dazwischenliegenden Wandabschnitt des Zylinders 15 eine Kammer 18, auf deren Funktion später noch näher eigegangen wird.
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Im Bereich des verjüngten Schaftabschnittes 13c ist in der Wand des Zylinders 15 ein Durchbruch 19a vorgesehen, über den der Innenraum des Zylinders 15 mit einem im Gehäuse 1 vorgesehenen Druckölkanal 20 verbunden ist, der seinerseits in der Druckkammer 8 der Schmierölpumpe 2 mündet. Ein weiterer Durchbruch 19b ist in der Wand des Zylinders 15 in demjenigen Bereich vorgesehen, der bei der figürlich dargestellten Position des Steuerkolbens 13 im Bereich von dessen Schaftendabschnitt 13d liegt. Über diesen Durchbruch 19b besteht eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Zylinders 15 sowie einem sog. drucklosen Ölrücklaufkanal 21, der sich ebenfalls im Gehäuse 1 befindet und der in der Saugkammer 7 der Schmierölpumpe 2 mündet.
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Auf der dem verjüngten Schaftabschnitt 13c abgewandten Seite der ersten (rechten) Stirnfläche 13a des Steuerkolbens 13 mündet im Innenraum des Zylinders 15 ein im Gehäuse 1 vorgesehener (und dabei selbstverständlich die Wand des Zylinders 15 durchdringender) Steuerkanal 22, der über eine Steuerleitung 23 mit dem druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes 5 der Brennkraftmaschine 3 in direkter Verbindung steht.
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Ist der von der Schmierölpumpe 2 bereitgestellte Öldruck relativ gering, so nimmt der Steuerkolben 13 die figürlich dargestellte Position ein. Unter Einwirkung des Federelementes 16 liegt dabei der Steuerkolben 13 mit seinem Distanzsteg 13e an der rechtsseitigen Endwand 15a des Zylinders 15 an. Überschreitet jedoch der von der Schmierölpumpe 2 bereitgestellte Öldruck einen durch die Federkraft des Federelementes 16 bestimmten Grenzwert, so bewirkt dieser über den Steuerkanal 22 in der Umgebung des Distanzsteges 13e auf die Stirnfläche 13a des Steuerkolbens 13 einwirkende Öldruck, daß der Steuerkolben 13 gemäß Pfeilrichtung 24 im Zylinder 15 längs seiner Achse 14 nach links verschoben wird. Maximal kann der Steuerkolben 13 dabei um eine Strecke 25 verschoben werden, da danach das freie Ende des Schaftendabschnittes 13d am freien Wandabschnitt 17a der hülsenförmigen Bodenplatte 17 zum Anliegen kommt.
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Nimmt der Steuerkolben 13 diese letztgenannte, figürlich nicht dargestellte Position ein, so ist neben dem Durchbruch 19a auch der Durchbruch 19b geöffnet, so daß über den Innenraum des Zylinders 15 der Druckölkanal 20 mit dem drucklosen Ölrücklaufkanal 21 verbunden ist, und zwar unter Passieren des verjüngten Schaftabschnittes 13c des Steuerkolbens 13. Dabei sei darauf hingewiesen, daß diese Verbindung auch bereits dann hergestellt wird, wenn der Steuerkolben 13 ausgehend von seiner figürlich dargestellten Position lediglich geringfügig gemäß Pfeilrichtung 24 verschoben wird, wobei der freie Strömungsquerschnitt im Bereich des Durchbruches 19b jedoch gegenüber der linksseitigen Endanschlagposition des Steuerkolbens 13 verringert ist.
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Besteht nun aber die genannte Verbindung zwischen dem Druckölkanal 20 und dem drucklosen Ölrücklaufkanal 21, so gelangt ein mehr oder weniger großer Teil des von der Schmierölpumpe 2 geförderten Ölstromes durch den Zylinder 15 des Öldruck-Regelventiles 4 hindurch direkt zurück in die Saugkammer 7 der Schmierölpumpe 2, so daß der Öldruck im druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes 5 zwangsläufig abnimmt. Damit wird aber auch der in der Umgebung des Distanzsteges 13e auf die Stirnseite 13a des Steuerkolbens 13 einwirkende Öldruck geringer, so daß der Steuerkolben 13 unter Einwirkung des Federelementes 16 gegen Pfeilrichtung 4 wieder nach rechts verschoben wird. Hierdurch wird die genannte Verbindung zwischen dem Druckölkanal 20 und dem drucklosen Ölrücklaufkanal 21 wieder unterbrochen bzw. zumindest gedrosselt, so daß der Öldruck im druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes 5 wieder ansteigen kann.
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Wie aus dieser Funktionsbeschreibung klar ersichtlich wird, wird der Steuerkolben 13 des Öldruck-Regelventiles 4 bei dieser Regelfunktion des Öldrukkes somit eine oszillierend schwingende Bewegung in bzw. gegen Pfeilrichtung 4 ausführen, und zwar hervorgerufen durch den im druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes 5 herrschenden Öldruck einerseits, sowie durch die Reaktionskraft des Federelementes 16 andererseits. Ungünstigstenfalls kann nun diese Schwingbewegung mit einer Frequenz erfolgen, die der Eigenfrequenz des gesamten schwingfähigen Systemes zumindest annähernd entspricht. Dann können die eingangs genannten Schnarrgeräusche auftreten, die von der oszillierenden Schwingbewegung des Steuerkolbens 13 herrühren.
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Um dies zu verhindern, sind nun verschiedene Dämpfungsmaßnahmen möglich, von denen am hier dargestellten Öldruck-Regelventil 4 gleich zwei realisiert sind. Jede dieser beiden Dämpfungsmaßnahmen bringt jedoch bereits für sich alleine den gewünschten Erfolg, d. h. kann das Entstehen der besagten Schnarrgeräusche verhindern.
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Die erste, relativ einfache und dennoch äußerst wirkungsvolle Dämpfungsmaßnahme besteht darin, daß im Steuerkanal 22, über welchen der Steuerkolben 13 des Öldruck-Regelventiles 4 mit dem einzustellenden Öldruck beaufschlagt wird, ein Drosselelement 26a, welches in Form eines Drosseleinsatzes ausgebildet ist, oder ein Drosselelement 26b, welches in Form einer Drosselbohrung ausgebildet ist, vorgesehen ist. Jedes dieser Drosselelemente 26a oder 26b läßt die schwingungs-erregenden Frequenzen in der Ölsäule im druckbehafteten Teil des Schmierölkreislaufes 5 nicht mehr ungehindert auf den Steuerkolben 13 auftreffen, so daß dieser vom Druckölsystem der Brennkraftmaschine 3 nicht mehr in die unerwünschten Schwingungs-Frequenzen im Eigenfrequenzbereich gebracht werden kann.
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Beim Drosseleinsatz 26a handelt es sich um wesentlichen um eine Scheibe, die einen zentralen Durchbruch aufweist, und die in den Steuerkanal 22 geeignet eingesetzt ist. Die Drosselbohrung 26b hingegen ist direkt in die Wand des Zylinders 15 eingebracht, d. h. der Steuerkanal 22 sowie die Drosselbohrung 26b können bspw. mit einem Stufenbohrer gefertigt werden. Bevorzugt liegt der freie Durchströmquerschnitt der Drosselbohrung 26b oder derjenige des zentralen Durchbruches im Drosseleinsatz 26a in der Größenordnung von 2 mm2 bis 4 mm2, jedoch ist dieses Maß abhängig vom konkret vorliegenden schwingungsfähigen System und kann bspw. im Rahmen einer kleineren Versuchsreihe konkret festgelegt werden.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß in die Kammer 18, in der sich das Federelement 16 befindet, eine mehr oder weniger große Menge von Öl eintreten kann, und zwar über den unvermeidlich vorhandenen Ringspalt zwischen dem Schaftendabschnitt 13d sowie der Stirnfläche 13b des Steuerkolbens 13 einerseits und der Innenwand des Zylinders 15 andererseits. Ist nur die soweit beschriebene erste Dämpfungsmaßnahme mit dem Drosselelement 26a oder dem Drosselelement 26b realisiert, so sollte eine hier figürlich nicht dargestellte Ablaufbohrung bspw. in der Bodenplatte 17 vorgesehen sein, über welche dieses sog. Lecköl aus der Kammer 18 abgeführt werden kann, damit sich nicht in dieser ein unerwünschter Öldruck aufbaut, welcher die Regelcharakteristik des Öldruck-Regelventiles 4 verändern würde. Nicht figürlich dargestellt ist diese genannte Ablaufbohrung deshalb, weil sie bei der im folgenden beschriebenen anderen oder weiteren Dämpfungsmaßnahme nicht vorhanden sein sollte.
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Diese andere, ggf. auch zusätzliche und dabei ebenso wirkungsvolle Dämpfungsmaßnahme besteht darin, daß der Steuerkolben 13 selbst in seiner Schwingungsbewegung bedampft wird. Als relativ einfacher Schwingungsdämpfer kommt hierfür quasi ein Öldruck-Dämpfer zum Einsatz, der sich in einer konstruktiv besonders vorteilhaften Anordnung der bereits genannten, im wesentlichen abgeschlossenen Kammer 18 bedient, in welcher gleichzeitig das am Steuerkolben 13 angreifende Federelement 16 angeordnet ist. Über einen geeigneten Drosselkanal 27, der am an die besagte Kammer 18 angrenzenden Schaftendabschnitt 13d des Steuerkolbens 13 vorgesehen ist, steht diese Kammer 18 mit dem Durchbruch 19b und somit mit dem drucklosen Ölrücklaufkanal 21 bzw. mit der Saugkammer 7 der Schmierölpumpe 2 in Verbindung. Somit steht die Kammer 18 mit einem Bereich in Verbindung, in welchem druckloses Öl vorliegt, so daß bei einer aufkommenden oszillierenden Schwingbewegung des Steuerkolbens 13 über diesen Drosselkanal 27 Öl aus der Kammer 18 verdrängt sowie über diesen Drosselkanal 27 und den bereits genannten weiteren Leckspalt zwischen dem Steuerkolben 13 und der Innenwand des Zylinders 15 wieder angesaugt wird, wodurch eine eventuelle Schwingungsbewegung des Steuerkolbens 13 hocheffizient gedämpft werden kann.
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Als besonders wirkungsvoll und dabei zusätzlich verschleißreduzierend, d. h. die Gleiteigenschaften des Steuerkolbens 13 im Zylinder verbessernd, hat sich diese Dämpfungsmaßnahme herausgestellt, wenn der Drosselkanal 27 am Schaftendabschnitt 13d des Steuerkolbens 13 als eine auf dessen der Innenwand des Zylinders 15 zugewandten Oberfläche im wesentlichen wendelförmig verlaufende Nut ausgebildet ist. Im an die Stirnfläche 13a angrenzenden Bereich des Schaftendabschnittes 13d geht die wendelförmig verlaufende Nut in eine Ringnut über, so daß stets sichergestellt ist, daß der Drosselkanal 27 in den Durchbruch 19b münden kann. Mit dieser Maßnahme bleibt nämlich eine Verdrehen des Steuerkolbens 13 um seine Achse 14 ohne weitere Auswirkung.
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Beide beschriebenen Maßnahmen zeichnen sich durch einfache Realisierbarkeit und hohe Wirksamkeit aus, wobei noch darauf hingewiesen sei, daß durchaus eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Schmierölpumpe
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Öldruck-Regelventil
- 5
- druckbehafteter Teil des Schmierölkreislaufes (von 3)
- 6
- Pumpenräder (von 2)
- 7
- Saugkammer (von 2)
- 8
- Druckkammer (von 2)
- 9
- Saugleitung
- 10
- Ölwanne
- 11
- Druckleitung
- 12
- Ölfilter
- 13
- Steuerkolben
- 13a
- erste Stirnfläche (von 13)
- 13b
- zweite Stirnfläche (von 13)
- 13c
- verjüngter Schaftabschnitt
- 13d
- Schaftendabschnitt
- 13e
- Distanzsteg
- 14
- Achse (von 13)
- 15
- Zylinder
- 15a
- (rechtsseitige) Endwand von 15
- 16
- Federelement
- 17
- hülsenförmige Bodenplatte
- 17a
- freier Wandabschnitt von 17
- 18
- Kammer
- 19a, b
- Durchbruch (in der Wand von 15)
- 20
- Druckölkanal
- 21
- druckloser Olrücklaufkanal
- 22
- Steuerkanal
- 23
- Steuerleitung
- 24
- Pfeilrichtung: Verschiebebewegung von 13
- 25
- maximale Verschiebestrecke (von 13)
- 26a
- Drosselelement = Drosseleinsatz
- 26b
- Drosselelement = Drosselbohrung
- 27
- Drosselkanal
