Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsystem einer Hochdruckplungerpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Hochdruckplungerpumpe.

Gattungsgemäße Ventilsysteme von Hochdruckplungerpumpen werden in Hochdruckplungerpumpen eingesetzt, in denen ein Fließmedium auf Drücke im sogenannten UHP-Bereich (UHP = Ultra High Pressure - Drücke von höher als 3.000 bar) gebracht werden.

Ein solches Ventilsystem ist beispielsweise aus der EP 2 085 613 B1 bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Ventilsystem ist das Säugventil mit Hilfe eines als konischer Zapfen ausgebildeten federbelasteten Schließkörpers verschließbar, was allerdings mit einem hohen Fertigungsaufwand einhergeht.

Auch bekannt ist die Nutzung eines Ventilkörpers, dessen Saugseite mit Hilfe eines ringplattenförmigen Schließkörpers verschlossen wird, der ebenfalls federbelastet an den Ventilkörper andrückbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventilsystem einer Hochdruckplungerpumpe bereit zu stellen, das mit geringem fertigungstechnischem Aufwand herstellbar ist und dessen Standzeit weiter erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventilsystem einer Hochdruckplungerpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Hochdruckplungerpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

Das erfindungsgemäße Ventilsystem weist einen Ventilkörper mit einem Druckkanal und einem Saugkanal auf.

Das Ventilsystem weist des Weiteren mehrere Schließkörper und diesen zugeordnete Kraftspeicher auf, die zusammen mit dem Ventilkörper an einer Druckventilseite des Ventilkörpers ein Druckventil und an seiner gegenüberliegenden Saugventilseite ein Säugventil bilden. Die Schließkörper sind mit Hilfe der Kraftspeicher an jeweilige Ausgänge des Druckkanals und des Saugkanals anlegbar.

Der Ventilkörper weist wenigstens einen weiteren Saugkanal auf, wobei erste Schließkörper, mit denen die Ausgänge der Saugkanäle verschließbar sind, als Kugeln ausgebildet sind.

Durch die Vorsehung mehrerer Saugkanäle, die jeweils durch eine Kugel verschließbar sind, ergeben sich zahlreiche Vorteile.

So sind als Kugeln ausgebildete Schließkörper schmutzresistenter gegenüber den aus dem Stand der Technik plattenartigen Schließkörpern.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem solchen Ventilsystem je nach Drehzahl und generiertem Volumenstrom sich nur eines der Säugventile oder mehrere Säugventile öffnen.

Ein weiterer Vorteil solcher als Kugeln ausgebildeten Schließkörper besteht in der Verbesserung der Strömungsverhältnisse gegenüber einem plattenartigen Schließkörper oder auch gegenüber dem aus der oben genannten Druckschrift bekannten konischen Schließkörper.

Schließlich haben Kugeln als Schließkörper für jeweils einen von mehreren Saugkanalausgängen aufgrund ihres geringen Körpervolumens eine deutlich geringere Masse als herkömmliche Schließkörper, was insbesondere zu einer Verringerung des Verschleißes aufgrund ihres verbesserten Schließverhaltens sowohl in Bezug zum Ventilkörper als auch hinsichtlich der Kugeln beiträgt.

Vorteilhafte Ausbildungsvarianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildungsvariante der Erfindung ist der Ventilkörper mit genau zwei weiteren Saugkanälen ausgebildet.

Die Ausbildung eines Ventilkörpers mit genau drei Saugkanälen ermöglicht eine äußerst symmetrische Spannungsverteilung im Ventilkörper.

Gemäß einer Ausführungsvariante ist jedem der als Kugel ausgebildeten ersten Schließkörper ein separater Kraftspeicher zugeordnet. Dies ermöglicht eine bessere Krafteinleitung auf jede einzelne der Kugeln.

Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist den als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper ein gemeinsamer Kraftspeicher zugeordnet.

Dazu ist bevorzugt zwischen den als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörpern und dem Kraftspeicher ein Andruckkörper mit einem Durchlass angeordnet. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Andruckkraft auf die einzelnen ersten Schließkörper.

Der Andruckkörper weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante eine ringförmige Andruckscheibe auf.

Um ein seitliches Ausweichen der Kugeln zu unterbinden, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante zwischen benachbarten Ausgängen der Saugkanäle aus der Ebene der Saugventilseite des Ventilkörpers vorstehende Trennkörper vorgesehen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante sind die als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper in jeweiligen Kammern oder Käfigzellen aufgenommen, die auf einer den Ausgängen der Saugkanäle zugewandten Seite der ringförmigen Andruckscheibe angeformt sind.

Bei dieser Ausführungsvariante ist die Saugventilseite des Ventilkörpers in dem ringförmigen Bereich, in dem die Ausgänge der Saugkanäle vorgesehen sind, bevorzugt glattflächig.

Die Ausgänge der Saugkanäle sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante in einer Ebene der Saugventilseite benachbart zum Eingang des Druckkanals im Ventilkörper symmetrisch verteilt angeordnet.

Dadurch ist ebenfalls eine symmetrische Spannungsverteilung im Ventilkörper begünstigt.

Besonders bevorzugt ist ein Abstand der Ausgänge der Saugkanäle zueinander gleich.

Zusätzlich oder alternativ ist auch ein Abstand der Ausgänge der Saugkanäle zum Eingang des Druckkanals gleich. Die Mittellängsachse des Druckkanals ist bevorzugt gleich einer Längsachse des Ventilkörpers.

Ein solcher geradliniger Druckkanal ist in äußerst einfacher Weise als Bohrung in den Ventilkörper einbringbar.

Darüber hinaus versursacht ein einziger Druckkanals gegenüber einer Mehrzahl kleinerer Druckkanäle mit in der Summe gleicher Querschnittsfläche weniger Spannungen im Ventilkörper.

Die Eingänge der Saugkanäle sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante in einer Mantelaußenfläche des Ventilkörpers vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist ein zweiter Schließkörper, mit dem der Ausgang des Druckkanals verschließbar ist, als in einem Stößelgehäuse verschiebbar gelagerter Stößel ausgebildet.

Die Kraftspeicher sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante als Druckfedern, insbesondere als Zylinderdruckfedern, ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Hochdruckplungerpumpe weist einen Pumpenkopf auf sowie ein an dem Kopf befestigtes Gehäuse, wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Plungeranordnung mit einem Arbeitsraum und einem in dem Arbeitsraum axial hin- und herbewegbaren Plunger sowie ein mit dem Arbeitsraum verbundenes Ventilsystem, das wie oben beschrieben ausgebildet ist.

Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungsbespiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsvariante eines

Pumpenkopfs einer Hochdruckplungerpumpe und einem mit diesem über ein Ventilsystem gekoppelten Plunger,

Figur 2 eine Ausschnittsvergrößerung eines Anschlussbereiches eines Plungers an den Pumpenkopf der Hochdruckplungerpumpe in einer geschnittenen Seitenansicht mit einer ersten Ausführungsvariante eines Ventilkörpers und eines Andruckkörpers, Figur 3 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsvariante eines Ventilkörpers mit daran angeformten Trennkörpern zur Beabstandung von als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörpern,

Figur 4 eine geschnittene isometrische Darstellung des Ventilkörpers gemäß Figur 3 mit daran angeordnetem ersten und zweiten Schließkörper, Andruckkörper und Kraftspeichern,

Figur 5 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer zweiten

Ausführungsvariante eines Ventilkörpers und eines Andruckkörpers,

Figuren 6 und 7 den Figuren 3 und 4 entsprechende Darstellungen der zweiten Ausführungsvariante des Ventilkörpers, und

Figuren 8 und 9 jeweilige isometrische Darstellungen der bei der Anordnung gemäß Figuren 5-7 eingesetzten Andruckkörper zur Lagerung der als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper.

In der folgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte bespielhafte Darstellung und Position der Hochdruckplungerpumpe, des Ventilsystems, des Ventilkörpers, der Schließkörper und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränken zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.

In Figur 1 ist insgesamt ein oberer Teil einer Hochdruckplungerpumpe in einer Schnittansicht dargestellt. Die Hochdruckplungerpumpe ist so ausgelegt, dass mit ihr ein Arbeitsfluid auf Drücke oberhalb von 3.000 bar gebracht werden kann.

Der in Figur 1 dargestellte obere Teil der Hochdruckplungerpumpe umfasst einen Plungerkopf 11 , der über in Figur 2 und 5 beispielhaft gezeigte Gewindestangen 20 mit einem Gehäuse 14 verbunden ist. In dem Gehäuse 14 sind mehrere in einem Innenkörper 16 angeordnete Plungeranordnungen mit einem Arbeitsraum 13 und einem in dem Arbeitsraum 13 axial hin- und her bewegbar angeordneten Plungern 15 angeordnet. Die Plunger 15 sind dabei in einem Innenkörper 16 gelagert, der über Schrauben 19 (gezeigt in den Figuren 2 und 5) mit dem Pumpenkopf 11 verschraubt ist bzw. sind.

Zwischen dem Pumpenkopf 11 und dem Innenkörper 16 ist am Ende jedes der Plunger 15 ein Ventilkörper 2 angeordnet, der saugseitig im Innenkörper 16 und druckseitig im Pumpenkopf 11 gelagert ist.

Eine erste Ausführungsvariante des Ventilkörpers 2 eines Ventilsystems der Hochdruckplungerpumpe ist in Figur 2 dargestellt.

In den Ventilkörper 2 ist ein Druckkanal 3 und mehrere Saugkanäle 4 eingebracht, wie es beispielhaft in Figur 7 dargestellt ist. Wenngleich Figur 7 eine weiter unten noch näher beschriebene zweite Ausführungsvariante des Ventilkörpers zeigt, so ist die Anordnung des Druckkanals 3 und der Saugkanäle 4 in beiden beschriebene Ausführungsvarianten identisch.

Jeder der Ausgänge des jeweiligen Saugkanals 4 ist, wie in Figur 2 dargestellt, mit Hilfe eines als Kugel ausgebildeten ersten Schließkörpers 5 verschließbar.

Der Ausgang 32 des Druckkanals 3 ist mit Hilfe eines zweiten Schließkörpers 6 verschließbar, der in den gezeigten Ausführungsvarianten als in einem Stößel- gehäuse 9 verschiebbar gelagerter Stößel ausgebildet ist. Denkbar sind auch andere Ausführungen des zweiten Schließkörpers, beispielsweise in Gestalt einer weiteren Kugel.

Sowohl der als Stößel ausgebildete zweite Schließkörper 6 als auch die als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper 5 sind mit Hilfe von Kraftspeichern 8, 10 an die jeweiligen Ausgänge 32, 42 des Druckkanals 3 und der Saugkanäle 4 andrückbar.

Die Kraftspeicher 8, 10 sind vorzugsweise als Druckfedern, insbesondere als Zylinderdruckfedern, ausgebildet.

Die Andruckkraft der den ersten Schließkörper 5 zugeordneten Zylinderdruckfedern ist so ausgelegt, dass die als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkör- per 5 beim Ansaugen des Arbeitsfluids durch die Saugkanäle 4 wenigstens einen der Ausgänge 42 der Saugkanäle 4 freigeben. Die Zylinderdruckfedern können dabei identische oder auch jeweils unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.

Denkbar sind auch andere Kraftspeicher, beispielsweise andere elastisch verformbare Körper, die den Durchlass des in den Arbeitsraum 13 eingesaugten Fluids in den Eingang 31 des Druckkanals 3 ermöglichen.

Der Arbeitsraum 13 ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, bevorzugt durch eine Hülse 12 begrenzt, die in Richtung des Ventilkörpers 2 eine den jeweiligen Plunger 15 führende Führungshülse anschließt. An einem dem Ventilkörper 2 zugewandten Ende der Hülse 12 ist der Kraftspeicher 8 eingesetzt.

Der hier als Zylinderdruckfeder ausgebildete Kraftspeicher 8 ist einerseits in einer Stufe im Innenmantel der Hülse 12 abgestützt und andererseits an einem Andruckkörper 7, der zwischen den als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörpern 5 und dem Kraftspeicher 8 angeordnet ist. Der Andruckkörper 7 weist in der gezeigten bevorzugten Ausführungsvariante eine Andruckscheibe 71 und einen zum Eingang 31 des Druckkanals 3 konzentrischen Durchlass 72 auf. Denkbar ist auch, den Durchlass oder mehrere solcher Durchlässe 72 nicht konzentrisch, sondern in der Ebene der Andruckscheibe 71 zwischen Auflageflächen für die Kugeln vorzusehen.

Je nach Ausgestaltung des Kraftspeicher 8 ist es auch denkbar, dass der Kraftspeicher direkt an den als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörpern 5 anliegt.

Der Ventilkörper ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante mit insgesamt genau drei Saugkanälen 4 ausgebildet. In den Figuren 3 und 6 ist dies durch die drei als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper 5 verdeutlich.

Denkbar ist prinzipiell auch die Einbringung von nur zwei Saugkanälen 4 oder mehr als drei Saugkanälen 4, deren Anzahl entsprechend weniger oder mehr erste Schließkörper 5 vorzusehen sind, um die Ausgänge 42 der Saugkanäle 4 zu verschließen. Die Eingänge der Saugkanäle 4 sind, wie in den Figuren 3, 4, 6 und 7 dargestellt ist, bevorzugt in einer Mantelaußenfläche 23 des Ventilkörpers 2 vorgesehen.

Um ein Ausweichen der als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper 5 zu verhindern, sind bei der in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsvariante des Ventilkörpers 2 zwischen den benachbarten Ausgängen 42 der Saugkanäle aus der Ebene der Saugventilseite 22 des Ventilkörpers 2 vorstehende Trennkörper 25 vorgesehen.

Der Andruckkörper 7 ist bei dieser Ausführungsvariante bevorzugt als ringförmige Andruckscheibe 71 ausgebildet.

Die Länge der Trennkörper 25 in Richtung z der Längsachse des Ventilkörpers 2 ist dabei so bemessen, dass die ringförmige Andruckscheibe 71 an den als Kugel ausgebildeten ersten Schließkörpern 5 anliegt, wenn diese die Ausgänge 42 der Saugkanäle 4 verschließen.

Bei der in den Figuren 5 bis 9 gezeigten alternativen Ausführungsvariante sind keine solchen Trennkörper 25 an der Saugventilseite 22 des Ventilkörpers 2 vorgesehen. Die Saugventilseite 22 des Ventilkörpers 2 ist bei dieser Ausführungsvariante glattflächig, zumindest in dem Bereich in den die Saugkanäle 4 mit ihren Ausgängen 42 münden.

Zur Führung der als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper 5 sind in dieser Ausführungsvariante, wie in den Figuren 7 bis 9 gezeigt, auf einer den Ausgängen 42 der Saugkanäle 4 zugewandten Seite der ringförmigen Andruckscheibe 71 Kammern 73 oder Käfigzellen angeformt, in denen die als Kugeln ausgebildeten ersten Schließköper 5 aufgenommen sind.

Die Kammern 73 werden dabei durch aus der Andruckscheibe 71 vorstehende, bevorzugt senkrecht vorstehende Wandungen 74 gebildet.

Wie weiter in den Figuren 2, 4, 5 und 7 gezeigt ist, ist den als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörpern 5 ein gemeinsamer Kraftspeicher 8 zugeordnet.

Denkbar ist auch, jedem der als Kugeln ausgebildeten ersten Schließkörper 5 einen separaten Kraftspeicher 8 zuzuordnen. Beiden Ausführungsvarianten gemeinsam ist, dass je nach Drehzahl und generiertem Volumenstrom des Arbeitsfluides sich eine entsprechende Anzahl von ersten Schließkörpern 5 von dem jeweiligen Ausgang 42 eines Saugkanals 4 wegbewegt und damit das jeweilige Säugventil geöffnet wird.

Denkbar ist auch, die Öffnung der jeweiligen jeweilige Säugventile durch den Einsatz von Kraftspeichern 8 mit unterschiedlichen Federkonstanten zu beeinflussen.

Wie weiter den Figuren 3, 4, 6 und 7 zu entnehmen ist, sind die Ausgänge 42 der Saugkanäle 4 in einer Ebene der Saugventilseite 22 benachbart zum Eingang 31 des Druckkanals 3 im Ventilkörper 2 vorgesehen.

Zur Erzielung einer Symmetrie bzw. einer symmetrischen Spannungsverteilung im Ventilkörper 2 ist ein Abstand der Ausgänge 42 der Saugkanäle zueinander gleich. Zusätzlich ist hier auch der Abstand der Ausgänge 42 der Saugkanäle 4 zum Eingang 31 des Druckkanals gleich.

Der Ausgang des Druckkanals 3 wird bei den gezeigten Ausführungsvarianten durch den in dem Stößelgehäuse 9 verschiebbar gelagerten als Stößel ausgebildeten zweiten Schließkörper 6 verschlossen.

Auch der zweite Schließkörper 6 ist bevorzugt durch eine Zylinderdruckfeder 10, die an einer Stufe einer Innenmantelfläche des Stößelgehäuses 9 abgestützt ist, gegen die Druckventilseite 21 des Ventilkörpers 2 gedrückt.

Wird im Kompressionsschritt das Arbeitsfluid durch den Druckkanal 3 hindurch gegen die Kraft des Kraftspeichers 10 in einen Druckraum 17 im Pumpenkopf 11 eingedrückt, wird der zweite Schließkörper 6 von der Druckventilseite 21 des Ventilkörpers 2 abgehoben, so dass das Arbeitsfluid das Stößelgehäuse 9 umströmt und von dort aus in den Druckraum 17 geleitet, wie es den Figuren 2 und 5 zu entnehmen ist.

Zur Abdichtung des Ventilkörpers 2 gegenüber dem Pumpenkopf 11 ist an einer Stufe an der Außenfläche des Ventilkörpers 2 ein Dichtring 24 vorgesehen. Zur Abdichtung des Ventilkörpers 2 zum Innengehäuse 16 ist ein weiterer Dichtring 24 nahe der Saugventilseite 22 des Ventilkörpers 2 angeordnet. Bezugszeichenliste

2 Ventilkörper 21 Druckventilseite 22 Saugventilseite 23 Mantelfläche 24 Dichtring

25 Trennkörper 26 Stufe

3 Druckkanal 31 Eingang 32 Ausgang

4 Saugkanal 41 Eingang 42 Ausgang 43 erstes Teilstück 44 zweites Teilstück

5 erster Schließkörper 6 zweiter Schließkörper

7 Andruckkörper 71 Andruckscheibe 72 Durchlass 73 Kammer 74 Wandung

8 Kraftspeicher 9 Stößelgehäuse

10 Kraftspeicher 11 Pumpenkopf

12 Hülse 13 Arbeitsraum 14 Gehäuse 15 Plunger 16 Innenkörper

17 Druckraum 18 Saugraum

19 Schraube

20 Gewindestange z Richtung der Längsachse des Ventilkörpers