Kolbenkühldüse

Die Erfindung betrifft eine Kolbenkühldüse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des

Patentanspruchs 1.

Kolbenkühldüsen werden über einen Versorgungskanal mit Öl versorgt. Die Kolbenkühldüse weist dabei ein Ventil auf, das so eingestellt ist, dass eine Einspritzung im Leerlauf bei niedriger Drehzahl, bei einer geringen Fördermenge der Ölpumpe nicht aktiv ist. Die Kolbenkühldüse weist einen mittels einer Feder vorgespannten Kolben auf, der entgegen der Federkraft von einem Drucköl beaufschlagt wird. Übersteigt der Öldruck einen Öffnungsdruck, so fließt das Drucköl durch die Kolbenkühldüse und wird an die Motorkolben gespritzt.

Im Stand der Technik ist der Einsatz von Kolbenkühldüsen mit einem Kugelventil bekannt.

Diese haben den Nachteil, dass bei steigendem Öffnungsdruck der Volumenstrom sinken kann. Kugelventile können den Nachteil haben, dass sie zur Schwingungsanregung neigen.

Aus der DE 10 201 1 007 605 A1 ist ein Ölversorgungssystem für einen Hubkolben- Verbrennungsmotor bekannt. Die Zufuhr von Öl zu mehreren Kolbenkühldüsen wird durch druckbetriebene Ventile gesteuert, die so ausgelegt sind, dass die Ventile bei einem

vordefinierten Öffnungsdruck öffnen. Der von einer Pumpe gelieferte Öldruck wird so gesteuert, dass der Öldruck entweder während eines Betriebs des Motors, der keine Kolbenkühlung erfordert, unter diesem vordefinierten Öffnungsdruck bleibt oder über dem vordefinierten Öffnungsdruck liegt, wenn eine Kolbenkühlung erforderlich ist. Das jeweilige druckbetriebene Ventil weist ein Gehäuse auf, das eine Zylinderkammer begrenzt, in der ein Kolben gleitend angeordnet ist. Eine Feder wirkt auf ein Ende des Kolbens, um den Kolben in eine Ventil- geschlossen-Position vorzuspannen, wobei der Kolben einen Auslass blockiert und dadurch verhindert, dass Öl von einem Einlass das druckbetriebene Ventil zu einem Auslass passiert und dann zu einer oder mehreren nicht gezeigten Kolbenkühldüsen weiter geleitet wird. Wenn der Druck in dem Einlass einen vorbestimmten Ventilöffnungsdruck übersteigt, reicht der Druck des auf den Kolben wirkenden Öls aus, um den Kolben entgegen der Wirkung der Feder zu verschieben, um dadurch den Ölfluss von dem Einlass zu dem Auslass zu öffnen und den Ölfluss zu einer oder mehreren Kolbenkühldüsen zu gestatten. Das Gehäuse weist einen seitlichen Auslass und einen seitlichen Einlass auf. In der Geschlossen-Stellung blockiert die Mantelfläche des Kolbens den Auslass. In der geöffneten Stellung wird der Kolben soweit verschoben, dass der Kolben den Auslass freigibt und so den Einlass und Auslass verbindet. In einer weiteren Ausführungsform des druckbetriebenen Ventils weist das druckbetriebene Ventil ein Ventilglied in Form einer Kugel auf, die gleitend gestützt wird. Eine Feder wirkt auf die Kugel derart, dass sie in eine geschlossene Position vorgespannt wird, wobei die Kugel einen Einlass blockiert und dadurch verhindert, dass Öl das Ventil zu einem Auslass passiert und dann zu den Kolbenkühldüsen weiterläuft. Hierbei weist die Zylinderkammer ein sich in Längsrichtung mittig erstreckenden Einlass auf, der in eine Zylinderkammer trichterförmig mündet. Diese

trichterförmige Mündung bildet ein Ventilsitz, wobei die Kugel durch eine Feder in der

Geschlossen-Stellung gegen den Ventilsitz bzw. gegen die trichterförmige Mündung gedrückt wird. Ferner weist die Zylinderkammer an der entgegengesetzten Stirnseite mittig einen Auslass auf.

Aus der DE 602 14626 T2 ist eine Kolbenkühldüse bekannt. Die Kolbenkühldüse ermöglicht es, ein Öl gegen den Boden eines Kolbens zu spritzen oder gegen einen Tunnel des Kolbens. Die Kolbenkühldüse enthält ein Ventil, das erst ab einem bestimmten Öffnungsdruck öffnet. Anstatt eines Kugelventils wird hierbei ein Kolbenventil eingesetzt, das Nachteile von Kugelventilen vermeiden soll. Nachteile von Kugelventilen sollen eine Oszillation und eine Vibration sein. Ein Düsenkörper weist eine axiale Durchgangsbohrung auf, in die eine röhrenförmige Hülse mit axialer Bohrung spielfrei eingreift. Ein Kolben weist einen Verschlusskopf auf, der in

Aufwärtsrichtung der Strömung des Öls ausgerichtet ist, um wahlweise gegen einen

ringförmigen Verschluss anzuliegen, der einstückig mit dem Düsenkörper ausgebildet ist und eine Sitzbohrung aufweist, die von dem Öl durchquert wird. Ferner ist eine spiralförmige Druckfeder axial zwischen einem einstückig mit dem Düsenkörper ausgebildeten Boden und einer stromabwärtigen Fläche des Kolbens abgestützt, um den Kolben in stromaufwärtiger Richtung gegen den ringförmigen Verschlusssitz zu drücken. Der Kolben ist bei seiner

Verschiebung entlang der Längsachse geführt, was das Risiko der Oszillation und der

Instabilität vermeidet, so dass die Düse eine größere Haltbarkeit und einen geringeren

Verschleiß als ein Kugelventil aufweist. Der Kolben ist der röhrenförmigen Hülse geführt. Die röhrenförmige Hülse weist ein in radialer Richtung weisendes Loch auf, das unmittelbar stromabwärts des ringförmigen Verschlusssitzes liegt, um das Fluid radial zu einer oder mehreren Umfangspassagen zu leiten, die zwischen der Außenfläche der röhrenförmigen Hülse und der Fläche der axialen Durchgangsbohrung des Düsenkörpers vorhanden ist/sind. Die Umfangspassagen sind zum axialen Leiten des Öls bis zu einer radialen Fluidpassage angepasst. Das Öl wird hierbei somit radial abgeleitet. In einer weiteren Ausgestaltung zwischen einem stromabwärtigen Abschnitt mit seitlicher zylindrischer Führungsfläche und dem Verschlusskopf eine ringförmige äußere Ausnehmung vorhanden, die mit der Wand der Führungsbohrung einen ringförmigen Sitz bildet, der über radiale Bohrungen des Kolbens mit einer axialen Bohrung des Kolbens kommuniziert, die stromabwärts zur axialen

Durchgangsbohrung des Körpers offen ist, welche das Öl bis zu einer radialen Fluidpassage in den Düsenkörper leitet. Das Öl tritt dabei in eine Kammer des Körpers ein, in der die Feder angeordnet ist. Das Öl umströmt dabei die Feder und tritt durch eine Durchgangspassage durch den Boden in eine weitere Kammer ein, von der radial nun das Öl weitergeleitet wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese gattungsbildende Kolbenkühldüse zu verbessern.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch Kolbenkühldüse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Kolben ist in dem Zylindergehäuse verschiebbar entgegen dem Druck eines Drucköls angeordnet, wobei der Kolben mittels der Feder gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Der Kolben weist einen Kolbenkopf auf, wobei der Kolbenkopf mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Der Kolben weist eine Ouerleitung auf, wobei die Ouerleitung mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Längsleitung in Verbindung steht. Die Längsrichtung entspricht der

Verschieberichtung des Kolbens. Ouerrichtungen sind quer zur Längsrichtung angeordnet. Die Ouerleitung kann insbesondere sich senkrecht, d.h. radial im Kolben erstrecken. Die sich in Längsrichtung erstreckende Längsleitung ist einem Schaft des Kolbens ausgebildet. Die Ouerleitung ist insbesondere stromabwärts einer Ventilfläche des Kolbenkopfes ausgebildet, wobei die Ventilfläche am Kolbenkopf mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Der Kolbenkopf begrenzt dabei mit dem Zylindergehäuse einen Ringraum, wobei die Ouerleitung sich insbesondere in Radialrichtung von dem Ringraum aus bis zu der zentralen Längsleitung im Schaft erstreckt.

Der Schaft erstreckt sich durch eine Öffnung in einem Bodenteil des Zylindergehäuses hindurch. Eine Ausspritzöffnung am Schaftende ragt dabei im montierten Zustand der

Kolbenkühldüse in den Innenraum des Kurbelgehäuses und ist vorzugsweise in Richtung der Motorkolben orientiert. Wenn nun das Drucköl den Kolben in Längsrichtung verschiebt, so wird auch somit der Schaft in Längsrichtung auf die Motorkolben zu bewegt. Dadurch, dass der Längskanal entsprechend lang, nämlich durch ein Bodenteil hindurchragend, ausgebildet ist, entsteht eine laminare Strömung, die das Strahlbild verbessert. Das Strahlbild ist hierdurch stärker konzentriert, wodurch der Strahl im Wesentlichen punktförmig auf den Kolbenboden auftreffen kann. Es sind keine weiteren Leitungen zur Weiterleitung des Durcköls nötig, dadurch dass die Kolbenkühldüse mit dem Schaft in Richtung des Motorkolbens ausgerichtet ist. Hierdurch ist der Aufbau vereinfacht. Die Kolbenkühldüse ist im montierten Zustand in einer Aufnahme eines Kurbelgehäuses angeordnet. Die Kolbenkühldüse wird dabei in Art einer Patrone in eine zylindrische Aufnahme eingeschoben. Die Montage ist vereinfacht.

Durch die gewählte Bauart der Kolbenkühldüse werden Schwingungsanregungen vermieden. Die Parameter Öffnungsdruck und Strömungsgeschwindigkeit können variiert werden, ohne dass der Volumenstrom reduziert ist. Strömungsverluste sind reduziert. Der Parameter

Öffnungsdruck kann über die Wahl der Kennlinie der Feder variiert werden. Die

Strömungsgeschwindigkeit kann über die Wahl des Ouerschnitts der Austrittsöffnung gewählt werden.

Schwingungsanregungen sind insbesondere dadurch vermieden, dass der Kolben eine Schulter aufweist, wobei der Kolben mittels der Schulter innerhalb des Zylindergehäuses geführt ist. Die Schulteraußenfläche ist zylindrisch ausgebildet. Der Kolben köpf weist einen kleineren

Durchmesser als die Schulter auf. Der Kolbenkopf weist einen größeren Durchmesser als der Schaft auf.

Eine Vorteilhafte Strömungscharakteristik ist dadurch realisiert, dass der Kolbenkopf kuppelförmig ausgebildet ist und der Ventilsitz durch eine kreisförmige Öffnung gebildet ist. Hierdurch kann der Kolbenkopf gut vom Öl umströmt werden.

Die Ouerleitung erstreckt sich im Kolbenkopf, was den Vorteil hat, dass hier die Wandstärke groß ist und so die Stabilität des Kolbens nicht beeinträchtigt wird.

Das Drucköl wird beim Austritt aus der Kolbenkühldüse dadurch weiter beschleunigt, dass die Längsleitung zu einer Ausspritzöffnung hin verjüngt ausgebildet ist. Alternativ kann die

Längsleitung einen konstanten Ouerschnitt aufweisen, wobei der Ouerschnitt im Hinblick auf die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit gewählt wird.

Der Schaft ist von einer Feder umgriffen ist. Die Feder ist sicher gegen Verkanten dadurch abgestützt, dass die Feder an einem Anschlag in einem ringförmigen Hohlraum im Bereich der Schulter abgestützt ist. Die Schulter weist dabei einen Wandabschnitt auf, der das Ende der Feder radial umgibt. Hierdurch wird das Ende der Feder zentriert gehalten. Ferner weist die Kolbenkühldüse ein Bodenteil auf, wobei die Feder insbesondere zum einen am Bodenteil und zum anderen an einer Anschlagsfläche im Bereich der Schulter abgestützt ist. Das Bodenteil kann einen die Feder radial zentriert haltenden Wandabschitt aufweisen. Es ist möglich, die Zentrierung der Feder durch den Schaft alleine vorzunehmen. Das Bodenteil kann einen zylindrischen Wandabschnitt aufweisen, der die Feder radial zentriert hält und die Feder außen umgibt. Eine einfache Herstellung der Kolbenkühldüse ist unter anderem dadurch erreicht, dass das Bodenteil durch eine Umbördelung eines Randes des Zylindergehäuses gehalten ist.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die eingangs beschriebene Kolbenkühldüse in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in einer schematischen längsgeschnittenen Darstellung eine Kolbenkühldüse mit einer Ventilanordnung, wobei die Ventilanordnung in einer geschlossenen Stellung dargestellt ist, und

Fig. 2 in einer schematischen längsgeschnittenen Darstellung die Kolbenkühldüse aus Fig. 1 , wobei die Ventilanordnung in einer geöffneten Stellung angeordnet ist.

In Fig. 1 ist eine Kolbenkühldüse 1 dargestellt. Die Kolbenkühldüse 1 weist ein zylindrisches Zylindergehäuse 2 auf. In dem Zylindergehäuse 2 ist ein Kolben 3 in Längsrichtung

verschiebbar angeordnet. Die Kolbenkühldüse 1 und insbesondere der Kolben 3 sind von einem Drucköl beaufschlagbar, was hier durch die Pfeile (nicht näher bezeichnet) angedeutet ist.

Das Zylindergehäuse 2 weist nun an einer Stirnseite einen Boden mit einem Ventilsitz 5 auf, wobei der Ventilsitz in einen Hohlraum 4 mündet, sofern der Kolben 3 sich in der offenen Stellung befindet (vgl. Fig. 2). Der Ventilsitz 5 wirkt mit einem Kolbenkopf 6 zusammen. Der Kolbenkopf 6 ist insbesondere domförmig oder kuppelförmig ausgebildet. Der Ventilsitz 5 ist als mittige Öffnung, insbesondere als Bohrung, in dem Boden des Zylindergehäuses 2 ausgebildet.

Der Ventilkopf 6 geht von dem kuppelförmigen Bereich in einen insbesondere zylindrischen Bereich über, wobei zwischen diesem zylindrischen Bereich und der Innenwandung des Zylindergehäuses ein Ringraum verbleibt. Wenn das Drucköl durch den Ventilsitz 5 in den Hohlraum 4 eintritt, so gelangt es ebenfalls in diesen Ringraum. In axialer Richtung ist dieser Ringraum durch eine Schulter 9 begrenzt. Die Schulter 9 weist ebenfalle eine zylindrische Umfangsfläche auf, wobei der Kolben 3 mittels dieser zylindrischen Umfangsfläche an der Innenwandung des Zylindergehäuses 2 geführt ist. Der Durchmesser der Schulter 9 ist größer als der Durchmesser des stromaufwärts liegenden Kolbenkopfes 6.

Der Kolben 3 weist nun eine Querleitung 7 auf, die sich ausgehend von dem Ringraum durch die zylindrische Umfangsfläche des Kolbenkopfes 6 bis in eine sich in Längsrichtung

erstreckende Längsleitung 8 erstreckt. Insbesondere sind zwei radial erstreckende

Querleitungen 8 vorhanden, die bei der Herstellung durch eine Bohrung gebildet werden.

Die zentrale Längsleitung 8 erstreckt sich innerhalb eines Schaftes 14 des Kolbens 3. Dieser Schaft 14 weist einen kleineren Durchmesser als der Kolbenkopf 6 und auch als der

Durchmesser der Schulter 9 auf. Der Schaft 14 ist von einer Feder 10, insbesondere einer Spiralfeder 10 umgriffen, die einerseits an einer Federanschlagsfläche 11 in einer ringförmigen Aufnahme im Bereich der Schulter 9 abgestützt ist und zum anderen an einem Bodenteil 12, das das Zylindergehäuse 2 verschließt. Sowohl das Bodenteil 12 als auch die Schulter 9 weisen dabei zylindrische Wandabschnitte auf, die die Enden der Feder zentriert halten bzw.

umgreifen.

Der Längskanal 8 verjüngt sich zu einer Spitze bzw. Ausspritzöffnung 15 des Schaftes 14 hin, so dass hier die Strömungsgeschwindigkeit des Drucköls zunimmt und das Drucköl mit höherer Geschwindigkeit ausgespritzt werden kann. Der Schaft 14 durchgreift eine Öffnung 13 im Bodenteil 12. Zwischen dem Schaft 14 und der Öffnung 13 verbleibt ein kleiner Spalt, durch den Öl, das in den Raum der Feder 10 gelangt ist ebenfalls in das Kurbelgehäuse austreten kann.

Mit der hier dargestellten Kolbenkühldüse 1 können die Parameter Öffnungsdruck und

Strömungsgeschwindigkeit variiert werden, ohne dabei den Volumenstrom zu reduzieren.

Strömungsverluste, die beispielsweise über bei einem Kugelventil auftreten, werden vermieden.

Bezugszeichenliste

Kolbenkühldüse

Zylindergehäuse

Kolben

Hohlraum

Ventilsitz

Kolbenkopf

Querleitung

Längsleitung

Schulter

Feder

Anschlag für die Feder in einem ringförmigen Hohlraum im Bereich der Schulter Bodenteil

Öffnung im Bodenteil

Schaft

Ausspritzöffnung