DE19943516B4

DE19943516B4 - Düsenventil

Info

Publication number: DE19943516B4
Application number: DE19943516.2A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ness
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-09-11
Filing date: 1999-09-11
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2019-09-12
Also published as: BR0004056A; US6550698B2; DE19943516A1; US20020014543A1

Abstract

Düsenventil (1) zur Spritzbeaufschlagung von Maschinenteilen, insbesondere zur Kühlung mit Öl von Kolben in Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Gehäuse (2), einer Düse (12), einem Ventilkörper (8) wie einer Kugel und wenigstens einem Federmittel (10) wie einer Schraubenfeder, wobei das Gehäuse (2) einen Einlaß (17) für das Öl aufweist, dem der Ventilkörper (8) nachgeordnet ist, welcher Ventilkörper (8) über das sich direkt auf diesem abstützende Federmittel (10) und entgegen einer Durchflußrichtung des Öls in Richtung zu einem Ventilsitz (9) am Einlaß (17) beaufschlagt ist, wobei das Federmittel (10) an dessen dem Ventilkörper (8) abgewandter Seite (21) an einer Abstützung (11) anliegt, wobei beide Stirnseiten (3, 4) des Gehäuses (2) einen radial nach innen weisenden Kragen (5, 6) besitzen, wobei durch einen Innenmantel (7) des ersten Kragens (5) der Ventilsitz (9) gebildet ist und an einem Innenmantel (20) des zweiten Kragens (6) die separat hergestellte Abstützung (11) anliegt, welche Abstützung (11) einteilig mit der Düse (12) ausgebildet ist und wobei die Abstützung (11) mit Düse (12) rohrförmig aus dem zweiten Kragen (6) herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einem tiefgezogenen Blech besteht, dessen Kragen (5, 6) durch Bördeln hergestellt sind, wobei die Abstützung (11) mit Düse (12) einen am Innenmantel (13) des Gehäuses (2) verlaufenden Ringansatz (14) besitzt, der einen in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers (8) ausgebildeten weiteren Ventilsitz (15) wie einen Kegelsitz hat, wobei der Ringansatz (14) sich längs erstreckende, segmentartige Durchbrüche (16) oder Längsausnehmungen aufweist, die sich zumindest über einen Großteil dessen Länge erstrecken.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Düsenventil zur Spritzbeaufschlagung von Maschinenteilen, insbesondere zur Kühlung mit Öl von Kolben in Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Gehäuse, einer Düse, einem Ventilkörper wie einer Kugel und wenigstens einem Federmittel wie einer Schraubenfeder, wobei das Gehäuse einen Einlaß für das Öl aufweist, dem der Ventilkörper nachgeordnet ist, welcher Ventilkörper über das sich direkt auf diesem abstützende Federmittel und entgegen einer Durchflußrichtung des Öls in Richtung zu einem Ventilsitz am Einlaß beaufschlagt ist, wobei das Federmittel an dessen dem Ventilkörper abgewandter Seite an einer Abstützung anliegt wobei beide Stirnseiten des Gehäuses einen radial nach innen weisenden Kragen besitzen, wobei durch einen Innenmantel des ersten Kragens der Ventilsitz gebildet ist und an einem Innenmantel des zweiten Kragens die separat hergestellte Abstützung anliegt, welche Abtützung einteilig mit der Düse gebildet ist, und wobei die Abstützung mit Düse rohrförmig aus dem zweiten Kragen herausgeführt ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Düsenventil, also eine Baueinheit bestehend aus einem federbelasteten Durchflußventil mit einer nachgeordneten Düse, ist aus der als gattungsbildend betrachteten EP 0 346 264 A2 bekannt. Dieses besteht aus sandwichartig zusammengesetzten Blechteilen, zwischen denen die Düse gebildet ist. Das Ventil ist bei diesem Stand der Technik orthogonal zur Düse angelenkt und als Ausformung eines oberen der Blechteile hergestellt.
Eine weitere Spritzdüse für die Kolbenkühlung offenbart die DE 196 33 167 A1 . Gezeigt ist ein Ventilgehäuse mit einem kugelförmigen Schließkörper, der federbelastet an einem Ventilsitz des Gehäuses anliegt. Ein in das Gehäuse eingelegtes Düsenendstück wird mittels einer Bördelung im Gehäuse gehalten, wobei ein rohrförmiger Abschnitt aus dem Bördelrand des Gehäuses herausgeführt ist.
Die US 4 700 741 A offenbart ein Rückschlagventil mit einem Ventilgehäuse und einem kugelförmigen Schließkörper, der federbelastet an einem Ventilsitz anliegt. Die Feder liegt am dem Schließkörper abgewandten Ende an einer Abstützung an, wobei die Abstützung vollständig innerhalb des Ventilgehäuses verläuft. Die Abstützung weist sich längs erstreckende, segmentartige Durchbrüche auf.
Nachteilig ist es bei dem vorbekannten Düsenventil, dass es relativ kompliziert ausgebildet ist. Auch erweist sich eine Ausbildung der Düse durch Einformung in die Blechteile als relativ problematisch. Der Spritzstrahl läßt sich nur schwer justieren. Des weiteren ist festzuhalten, dass das Düsenventil aus relativ vielen Bauteilen besteht, was die Fertigungskosten erhöht. Zudem bringt die sandwichartige Bauweise Beschränkungen im Einbauort des Düsenventils mit sich. So kann dieses aufgrund seiner Länge lediglich seitlich an ein Kurbelgehäuse bzw. ein Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine herangeführt werden. Ein Einbau in ein Pleuel, ein Pleuelauge oder in ein Kurbelwellenzapfenlager scheidet aus.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Düsenventil der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile beseitigt sind. Insbesondere soll es aus nur sehr wenigen Bauteilen bestehen und einfach zu fertigen sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Beide Stirnseiten des Gehäuses besitzen einen radial nach innen weisenden Kragen, wobei durch einen Innenmantel des ersten Kragens der Ventilsitz gebildet ist und an einem Innenmantel des zweiten Kragens die separat hergestellte Abstützung anliegt, welche Abstützung einteilig mit der Düse ausgebildet ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist ein sehr einfach herstellbares Düsenventil geschaffen, das aus nur wenigen Teilen besteht. Das Gehäuse besteht aus einem dünnwandigen Werkstoff wie einem tiefgezogenen Blech bestehen.
Durch die vorgeschlagene einteilige Ausbildung der Düse mit der Abstützung für die Feder, bei gleichzeitig unmittelbarer Abstützung der Feder mit ihrer anderen Seite am Ventilkörper, weist das Düsenventil nur eine geringe Bauteilezahl auf. Es baut gleichzeitig sehr kompakt. Als Ventilkörper soll bevorzugt eine Kugel eingesetzt werden. Denkbar ist es jedoch auch, das Ventil als Plattenventil o. ä. auszubilden, wobei die Schraubenfeder auch als Spiral- oder Tellerfeder ausgestaltet sein kann.
Das Federmittel ist so abgestimmt, dass der Ventilkörper bei keinem oder nur gering anliegendem Druck an Öl das Düsenventil geschlossen hält. Somit wird in einem unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine und daher bei niedriger Förderleistung der Ölpumpe eine unerwünschte Kühlung des entsprechenden Kolbens vermieden. Die Kühlung des Kolbens ist bekanntermaßen erst bei höheren Drehzahlen und Lastzuständen der Brennkraftmaschine erwünscht. Somit steht bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine der volle Öldruck im Schmierölkreislauf zur Schmierung der bekannten Lagerstellen zur Verfügung.
Die Abstützung mit Düse ist rohrförmig aus dem zweiten Kragen herausgeführt. Somit kann das Öl besonders gerichtet an den zu kühlenden Kolben gespritzt werden. Die Düse läßt sich besser hinsichtlich ihrer Charakteristik, also weitestgehend verlustfreier Umsetzung von Druckenergie in Bewegungsenergie, gestalten.
Die Abstützung mit Düse ist mit einem am Innenmantel des Gehäuses verlaufenden Ringansatz versehen. Dieser Ringansatz stabilisiert zum einen das gesamte Düsenventil. Zum anderen ist es durch diesen einfach möglich, einen Anschlag für den Ventilkörper in Öffnungsrichtung zu bilden, an welchem der Ventilkörper ab einem gewissen Druck an Öl am Einlaß permanent anliegt. Eine Überleitung des Öls erfolgt über definierte Querschnitte wie segmentartige Durchbrüche oder Längsausnehmungen im Ringansatz bzw. bei „Freiflug” des Ventilkörpers nur zwischen dessen Außenmantel und dem Gehäuse.
Fertigungstechnisch besonders günstig ist es, wenn die Abstützung mit Düse aus einem Leichtbauwerkstoff wie Kunststoff hergestellt wird. Vorzugsweise sollen beide Bauteile einteilig gefertigt sein. Hier bietet sich einfaches Spritzgießen an.
Dadurch, dass gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung der erste Kragen an seinem Innenrand in einen Axialring übergeht, ist ein einfach ausgebildeter Ventilsitz für den Ventilkörper in dessen Schließstellung geschaffen. Auf einen nachträglich anzubringenden Ventilsitzring o. ä. kann somit verzichtet werden.
Schließlich betreffen weitere Ausgestaltungen der Erfindung die Ausbildung der Düse. So kann ein auf der Seite des Einlasses gelegener Mund der Düse kegelig oder abgerundet oder ferner mit einem kantigen Rand versehen sein. Der Fachmann wird durch geschickte Versuche ermitteln, welche Düsengestaltung für seinen Anwendungsfall die zweckmäßigste ist.
Ein Einsatz des erfindungsgemäßen Düsenventils bezieht sich zwar insbesondere auf die Spritzbeaufschlagung von Kolben in Brennkraftmaschinen, jedoch ist der Schutzbereich dieser Erfindung nicht allein auf diese Anwendung beschränkt. Denkbar sind eine Vielzahl von Anwendungsfällen im Maschinenbau oder anderswo, bei denen das vorschlagsgemäß einfach aufgebaute Düsenventil zur Spritzbeaufschlagung mit einem fließfähigen Medium eingesetzt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erklärt. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Variante eines Düsenventils mit rohrförmig aus dem zweiten Kragen herausgeführter Abstützung mit Düse;
2 eine ähnliche, jedoch nicht zur Erfindung gehörende Ausgestaltung wie in 1 offenbart, jedoch mit vollständig innerhalb des Gehäuses verlaufender Abstützung mit Düse und die
3, 4 die Einzelheit X nach 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 offenbaren ein erfindungsgemäßes Düsenventil 1. Dieses dient hier zur Spritzbeaufschlagung und somit Kühlung mit Öl von Kolben in Brennkraftmaschinen. Das Düsenventil 1 besteht aus einem dünnwandigen Gehäuse 2 aus einem Blechwerkstoff. Das Gehäuse 2 hat hülsenförmige Geometrie. Stirnseite 3, 4 des Gehäuses 2 besitzt je einen nach innen gebördelten Kragen 5, 6. Gegen einen Innenmantel 7 des ersten Kragens 5 ist ein Ventilkörper 8 angefedert. Dieser Ventilkörper 8 ist hier als Kugel ausgebildet. Der Innenmantel 7 bildet einen Ventilsitz 9 für den Ventilkörper 8.
Ein Federmittel 10 zur Beaufschlagung des Ventilkörpers 8 verläuft innerhalb des Gehäuses 2 und stützt sich an einem dem Ventilkörper 8 abgewandten Ende auf einer Abstützung 11 ab. Diese Abstützung 11 besteht hier aus Kunststoff und ist einteilig mit einer Düse 12 ausgebildet. Diese Düse 12 ist nach 1 rohrförmig aus dem zweiten Kragen 6 herausgeführt. Gemäß 2 verläuft die Düse 12 vollständig innerhalb des Gehäuses 2.
Die Abstützung 11 mit Düse 12 hat einen am Innenmantel 13 des Gehäuses 2 sich längs erstreckenden Ringansatz 14. Dieser Ringansatz 14 verläuft zweckmäßigerweise über die gesamte Länge des hülsenförmigen Gehäuses 2. Der Ringansatz 14 hat einen gegenüber dem Ventilsitz 9 in Öffnungsrichtung liegenden weiteren Ventilsitz 15, der hier als Kegelsitz ausgebildet ist. An diesem weiteren Ventilsitz 15 findet der Ventilkörper 8 bei Druckbeaufschlagung durch das Öl eine Anlage.
Gleichzeitig offenbaren die 1, 2, dass der Ringansatz 14 sich längs erstreckende, segmentartige Durchbrüche 16 besitzt. Über diese Durchbrüche 16 wird das Öl bei Anschlagposition des Ventilkörpers 8 am weiteren Ventilsitz 15 zur Düse 12 übergeleitet.
Im Bereich eines Einlasses 17 für das Öl in das Düsenventil 1 geht der erste Kragen 5 an seinem Innenrand 18 in einen Axialring 19 über. Dieser Axialring 19 erstreckt sich entgegen der Durchflußrichtung des Öls, welche über die Pfeile angedeutet ist. Somit ist der Ventilsitz 9 am Innenmantel 7 des Gehäuses 2 durch einen Kantenbereich zwischen dem ersten Kragen 5 und dem Axialring 19 realisiert.
Wie des weiteren aus den 1, 2 hervorgeht, ist die Abstützung 11 mit Düse 12 im Bereich des zweiten Kragens 6 axial gegen einen Innenmantel 20 dieses zweiten Kragens 6 abgestützt. Das Federmittel 10 verläuft mit seiner dem Ventilkörper 8 abgewandten Seite 21 direkt auf der Abstützung 11. Zwischen dem Ventilkörper 8 und der Abstützung 11 ist außer dem Federmittel 10 kein weiteres Bauteil angeordnet. Auf separate Schieber für das Federmittel 10 o. ä. wird an dieser Stelle verzichtet.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Düsenventil 1 kann beispielsweise in ein Pleuel oder ein Pleuelauge einer Brennkraftmaschine eingebaut werden. Denkbar ist es jedoch auch, das Düsenventil 1 in eine Aussparung eines Zylinderkopfgehäuses bzw. eines Kurbelgehäuses einzubauen. Gleichermaßen ist es denkbar, das Düsenventil 1 auf einem Deckel eines Kurbelwellenzapfenlagers mit einer Spritzrichtung zum Boden des entsprechenden Kolbens anzuordnen. Eine Versorgung des Düsenventils 1 mit Öl erfolgt üblicherweise aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine.
Der Ventilkörper 8 des Düsenventils 1 öffnet ab einem gewissen Druck an anstehendem Öl. Dieser Druck wird in aller Regel erst bei mittleren bis höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine und somit höherer Förderleistung der Ölpumpe erreicht. Unter Überwindung der Schließkraft des Federmittels 10 wird dann der Ventilkörper 8 in Richtung zur Düse 12 bewegt und findet einen Anschlag am weiteren Ventilsitz 15. Das Öl kann somit am Außenmantel des Ventilkörpers 8 und über die Durchbrüche 16 in Richtung zur Düse 12 geleitet werden. Diese Düse 12 kann beispielsweise nach 3 einen kantigen Einlaufbereich besitzen, jedoch kann die Düse 12 auch an ihrem einlaßseitig gelegenen Mund 22 abgerundet ausgebildet sein (4). Der Fachmann wird die Düse je nach Anwendungsgebiet optimieren.
Insgesamt gesehen ist somit ein äußerst einfach zu fertigendes Düsenventil vorgeschlagen, das aus nur wenigen Bauteilen besteht.
Bezugszeichenliste

1: Düsenventil
2: Gehäuse
3: Stirnseite
4: Stirnseite
5: erster Kragen
6: zweiter Kragen
7: Innenmantel
8: Ventilkörper
9: Ventilsitz
10: Federmittel
11: Abstützung
12: Düse
13: Innenmantel
14: Ringansatz
15: Ventilsitz
16: Durchbruch
17: Einlaß
18: Innenrand
19: Axialring
20: Innenmantel
21: Seite
22: Mund

Claims

Düsenventil (1) zur Spritzbeaufschlagung von Maschinenteilen, insbesondere zur Kühlung mit Öl von Kolben in Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Gehäuse (2), einer Düse (12), einem Ventilkörper (8) wie einer Kugel und wenigstens einem Federmittel (10) wie einer Schraubenfeder, wobei das Gehäuse (2) einen Einlaß (17) für das Öl aufweist, dem der Ventilkörper (8) nachgeordnet ist, welcher Ventilkörper (8) über das sich direkt auf diesem abstützende Federmittel (10) und entgegen einer Durchflußrichtung des Öls in Richtung zu einem Ventilsitz (9) am Einlaß (17) beaufschlagt ist, wobei das Federmittel (10) an dessen dem Ventilkörper (8) abgewandter Seite (21) an einer Abstützung (11) anliegt, wobei beide Stirnseiten (3, 4) des Gehäuses (2) einen radial nach innen weisenden Kragen (5, 6) besitzen, wobei durch einen Innenmantel (7) des ersten Kragens (5) der Ventilsitz (9) gebildet ist und an einem Innenmantel (20) des zweiten Kragens (6) die separat hergestellte Abstützung (11) anliegt, welche Abstützung (11) einteilig mit der Düse (12) ausgebildet ist und wobei die Abstützung (11) mit Düse (12) rohrförmig aus dem zweiten Kragen (6) herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus einem tiefgezogenen Blech besteht, dessen Kragen (5, 6) durch Bördeln hergestellt sind, wobei die Abstützung (11) mit Düse (12) einen am Innenmantel (13) des Gehäuses (2) verlaufenden Ringansatz (14) besitzt, der einen in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers (8) ausgebildeten weiteren Ventilsitz (15) wie einen Kegelsitz hat, wobei der Ringansatz (14) sich längs erstreckende, segmentartige Durchbrüche (16) oder Längsausnehmungen aufweist, die sich zumindest über einen Großteil dessen Länge erstrecken.
Düsenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (11) mit Düse (12) aus einem Leichtbauwerkstoff wie Kunststoff besteht.
Düsenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kragen (5) an seinem Innenrand (18) in einen Axialring (19) übergeht, der sich entgegen der Durchflußrichtung erstreckt, wobei der Ventilsitz (9) am Innenmantel (7) durch einen Kantenbereich zwischen dem ersten Kragen (5) und dem Axialring (19) gebildet ist.
Düsenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Einlaß der Düse (12) gelegener Mund (22) kegelig bzw. abgerundet hergestellt ist.
Düsenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Düse (12) in ihre Durchflußrichtung konisch verjüngt.