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Die
Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil mit einem Gehäuse, einem
Ventilsitz, der im Gehäuse
ausgebildet ist, und einem Ventilelement, das von einer Rückstellfeder
gegen den Ventilsitz beaufschlagt wird.
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Derartige
Ventile sind aus dem Stand der Technik bekannt (vgl. 1)
und sitzen beispielsweise am Gehäuse
einer Pumpe für
eine Servolenkung. Dieses Pumpengehäuse umschließt einen
Druckraum, der bei Überschreiten
eines durch die Rückstellfeder
des Druckbegrenzungsventils einstellbaren Innendrucks über das
Druckbegrenzungsventil Hydraulikfluid an die Umgebung abgeben kann.
Der Druck des abströmenden
Hydraulikfluids fällt
dabei schlagartig vom hohen Innendruck des Druckraums auf einen
Umgebungsdruck ab, der in der Regel dem Atmosphärendruck entspricht. Diese
abrupte Druckänderung
des abströmenden
Hydraulikfluids ist problematisch, da im Hydraulikfluid gelöstes Gas
in der Form von Gasblasen aus dem Fluid ausfällt, was zu einer unerwünschten
Schaumbildung führt.
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Um
diese Schaumbildung zu verhindern oder wenigstens zu reduzieren,
ist im Stand der Technik eine Umlenkscheibe am Druckbegrenzungsventil
vorgesehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Druckbegrenzungsventile, die bei der Ventilöffnung eine
reduzierte oder verhinderte Schaumbildung aufweisen, konstruktiv
zu verbessern und/oder zu vereinfachen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem ein Strömungsberuhigungskanal vorge sehen
ist, der stromabwärts
des Ventilsitzes zwischen dem Ventilelement und dem Gehäuse ausgebildet
ist. Beim Öffnen
des Druckbegrenzungsventils stellt sich in diesem Strömungsberuhigungskanal ein
Druck ein, der zwischen dem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck
liegt. Der Druckabfall des abströmenden
Hydraulikfluids erfolgt dadurch langsamer und über eine vergleichsweise große Strömungsstrecke,
so daß wenig
oder gar kein Gas aus dem Fluid ausfällt und folglich eine Schaumbildung
reduziert oder vollständig
verhindert wird.
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In
einer Ausführungsform
weist das Gehäuse
eine Einprägung
auf, deren zylindrische Fläche die
Außenwand
des Strömungsberuhigungskanals bildet.
Der Strömungsberuhigungskanal
wird demnach wenigstens teilweise durch das sowieso vorhandene Gehäuse gebildet,
so daß kein
zusätzliches,
separates Bauteil notwendig ist.
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Vorzugsweise
ist das Ventilelement ein Schraubbolzen mit einem Kopf, dessen zylindrische Außenfläche die
Innenwand des Strömungsberuhigungskanals
bildet. Ein solcher Bolzen ist auch im bekannten Ventildesign gemäß dem Stand
der Technik vorhanden. Er muß lediglich
geringfügig
verändert
werden, um einen Teil des Strömungsberuhigungskanals
zu bilden. Somit kann wiederum auf ein zusätzliches, separates Bauteil
verzichtet werden.
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Besonders
bevorzugt ist der Kopf des Schraubbolzens innerhalb der Einprägung angeordnet.
Der Strömungsberuhigungskanal
wird durch diese Maßnahme
vollständig
durch sowieso vorhandene Bauteile gebildet. Spezielle Bauteile zur
Minimierung der Schaumbildung, wie die Umlenkscheibe im Stand der
Technik, sind nicht notwendig. Außerdem verringert sich durch
das Versenken des Schraubenkopfes in der Einprägung die axiale Bauhöhe des Druckbegrenzungsventils.
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Der
Schraubbolzen kann in eine Widerlagerscheibe eingeschraubt sein,
an der sich die Rückstellfeder
abstützt.
Damit wird der Schraubbolzen zum Multifunktionsteil. Er kann beispielsweise
Teile des Strömungsberuhigungskanals
bilden, als Ventilelement fungieren und zusätzlich die Widerlagerscheibe
für die
Rückstellfeder
fixieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist in das Druckbegrenzungsventil ein Rückschlagventil integriert.
Dieses Rückschlagventil
bietet die einfache Möglichkeit,
Hydraulikfluid über
das Druckbegrenzungsventil in den Druckraum nachzu saugen, falls der
Innendruck des Druckraums unter den Umgebungsdruck absinken sollte.
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Das
Rückschlagventil
kann dabei eine Ventilscheibe aufweisen, die zwischen einem Abschnitt des
Gehäuses,
der die Einprägung
umgibt, und einer Haltescheibe angeordnet ist, die sich an der Einprägung abstützt und
an der sich wiederum die Rückstellfeder
abstützt.
Bei dieser Ausführungsvariante
ist der notwendige Bauraum zur Integration des Rückschlagventils äußerst gering.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine
perspektivische Schnittansicht eines Druckbegrenzungsventils gemäß dem Stand
der Technik; und
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2 eine
perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils.
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Die 1 zeigt
ein Druckbegrenzungsventil 8 gemäß dem Stand der Technik. Es
umfaßt
ein im wesentlichen zylinderförmiges
Gehäuse 10 mit
einer Umfangswand 11 und einer unverschlossenen Stirnseite
(1, unten). Mit dieser Stirnseite ist das Druckbegrenzungsventil 8 dichtend
an einer nicht gezeigten Druckraumwand im Bereich einer Druckraumöffnung angebracht,
so daß ein
Druckraum mit dem Inneren des Gehäuses 10 in Strömungsverbindung
steht. Die entgegengesetzte Stirnseite des Gehäuses 10 (1,
oben) ist durch eine kreisförmige Stirnwand 12 verschlossen,
wobei die Stirnwand 12 eine mittige Überdrucköffnung 14 sowie mehrere Nachsaugöffnungen 16 aufweist,
die um die Überdrucköffnung 14 herum
angeordnet sind. Über
diese Nachsaugöffnungen 16 und
die Überdrucköffnung 14 steht
das Innere des Gehäuses 10 mit
der Umgebung in Strömungsverbindung.
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Durch
die Überdrucköffnung 14 erstreckt sich
ein Schraubbolzen 18 mit einem Kopf 20, der sich
außerhalb
des Gehäuses 10 befindet.
Der Schraubbolzen 18 weist auch eine Bolzenschaft 22 auf,
der sich koaxial zum zylinderförmigen
Gehäuse 10 im
Innern des Gehäuses 10 erstreckt.
Der Kopf 20 und der Bolzenschaft 22 gehen durch
eine kegelstumpfartige Ventilfläche 24 ineinander über, wobei sich
der Schraubbolzendurchmesser von einem Kopfdurchmesser, der größer ist
als ein Durchmesser der Überdrucköffnung 14,
auf einen Schaftdurchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser
der Überdrucköffnung 14,
verringert. In der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 ist ein Ventilsitz
ausgebildet, der mit dem als Ventilelement fungierenden Schraubbolzen 18 zusammenwirkt.
In einer Grundstellung des Druckbegrenzungsventils 8 sitzt
dabei die kegelstumpfartige Ventilfläche 24 des Schraubbolzens 18 dichtend
auf dem Rand der Überdrucköffnung 14 des Gehäuses 10.
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Um
das Druckbegrenzungsventil 8 in dieser geschlossenen Grundstellung
zu halten, ist ein axial am Schraubbolzen 18 verschiebbares
Halteelement 26 vorgesehen, welches ein erstes Widerlager
für eine
Rückstellfeder 28 bildet.
Das Halteelement 26 ist an einem Vorsprung der Umfangswand 11 so
gehalten, daß eine
axiale Bewegung des Halteelements in Richtung zur Stirnwand 12 begrenzt
ist. An einem dem Kopf 20 entgegengesetzten Ende des Schraubbolzens 18 ist
eine Widerlagerscheibe 30 befestigt, die ein zweites Widerlager
für die
Rückstellfeder 28 bildet.
Die Rückstellfeder 28 ist
als Druckfeder zwischen dem ersten und dem zweiten Widerlager angeordnet
und versucht dementsprechend, das Halteelement 26 und die
Widerlagerscheibe 30 in axialer Richtung voneinander zu
entfernen. Da der Vorsprung der Umfangswand 11 eine axiale
Verschiebung des Halteelements 26 in Richtung zur Stirnwand 12 verhindert,
beaufschlagt die Rückstellfeder 28 den
Schraubbolzen 18 über
die Widerlagerscheibe 30 so, daß die kegelstumpfartige Ventilfläche 24 auf
den Rand der Überdrucköffnung 14 gepreßt und die Überdrucköffnung 14 somit
verschlossen wird.
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Erst
wenn die Druckdifferenz zwischen einem Innendruck des Druckraums
und dem Umgebungsdruck so groß wird,
daß eine
resultierende Kraft die Federkraft übersteigt, wird die Rückstellfeder 28 zusammengedrückt, und
das Ventilelement hebt sich vom Ventilsitz, d.h. der Schraubbolzen 18 bewegt
sich in 1 nach oben. Die maßgebende, druckbeaufschlagte
Fläche
zur Bildung der resultierenden Kraft ist dabei die Querschnittsfläche der Überdrucköffnung 14.
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Befindet
sich das Druckbegrenzungsventil 8 in einer Öffnungsstellung,
so kann Hydraulikfluid aus dem Innern des Gehäuses 10 über einen
Ringspalt zwischen der Ventilfläche 24 und
dem Rand der Überdrucköffnung 14 nach
außerhalb
des Gehäuses 10 austreten.
Infolge des plötzlichen
Druckabfalls setzt beim Abströmen
des Hydraulikfluids eine unerwünschte
Schaumbildung ein. Um diese Schaumbildung zu verringern oder ganz
zu verhindern, ist in 1 eine Umlenkscheibe 32 vorgesehen,
welche am Kopf 20 des Schraubbolzens 18 angebracht
ist. Die Umlenkscheibe 32 stellt eine Strömungsbehinderung
für das
Hydraulikfluid dar, so daß sich
zwischen der Stirnwand 12 und der Umlenkscheibe 32 ein Staudruck
einstellt, der zwischen dem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck
liegt. Der Druckabfall des abströmenden
Hydraulikfluids erfolgt somit langsamer, wodurch eine Schaumbildung
verringert bzw. verhindert wird.
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In
das Druckbegrenzungsventil 8 gemäß 1 ist außerdem ein
Rückschlagventil
integriert. Hierfür
ist im Gehäuse 10 zwischen
der Stirnwand 12 und dem Halteelement 26 eine
ringförmige
Ventilscheibe 34 des Rückschlagventils
angeordnet. Im Normalfall ist der Innendruck im Druckraum größer als
der Umgebungsdruck, so daß die
Ventilscheibe 34 gegen die Stirnwand 12 drückt und
die Nachsaugöffnungen 16 in
der Stirnwand 12 verschließt. Sinkt der Innendruck des
Druckraums unter den Umgebungsdruck, so bewegt sich die Ventilscheibe 34 in Richtung
zum Halteelement 26, und die Nachsaugöffnungen 16 werden
freigegeben. In diesem Fall kann über das Druckbegrenzungsventil 8 Hydraulikfluid
aus der Umgebung in den Druckraum nachgesaugt werden.
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Die 2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil 8,
dessen Funktion im wesentlichen dem oben beschriebenen, bekannten Druckbegrenzungsventil 8 gemäß 1 entspricht. Im
folgenden wird daher lediglich auf die konstruktiven Unterschiede
und Verbesserungen gegenüber dem
Stand der Technik eingegangen, wobei funktionsgleiche Bauteile identische
Bezugszeichen tragen.
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Das
erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 8 gemäß 2 weist
einen Strömungsberuhigungskanal 36 auf,
der stromabwärts
des Ventilsitzes zwischen dem Ventilelement, also dem Schraubbolzen 18,
und dem Gehäuse 10 ausgebildet
ist. Der Strömungsberuhigungskanal 36 hat
einen ringförmigen
Querschnitt, wobei eine trichterförmige Einprägung 38 im Gehäuse 10,
genauer in der Stirnwand 12 des Gehäuses 10, eine Außenwand
des Strömungsberuhigungskanals 36 bildet.
Der Kopf 20 des Schraubbolzens 18 ist innerhalb
der Einprägung 38 angeordnet,
so daß die
Außenfläche des
Kopfes 20 eine Innenwand des Strömungsberuhigungskanals 36 bildet.
Die Außenfläche des
Kopfes 20 ist dabei zylindrisch und koaxial mit einer im
wesentlichen zylindrischen Fläche
der Einprägung 38 ausgebildet,
so daß der
Querschnitt des Strömungsberuhigungskanals 36 in
jedem Radialschnitt identisch ist.
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Der
Schraubbolzen 18 ist in die Widerlagerscheibe 30 eingeschraubt,
an der sich die Rückstellfeder 28 abstützt. Im
Unterschied zu 1 ist die Widerlagerscheibe 30 so
groß ausgeführt, daß sie in axialer
Richtung im zylinder förmigen
Gehäuse 10 geführt und
in radialer Richtung gestützt
ist. Auch die Rückstellfeder 28 weist
einen größeren Umfang
auf und ist ebenfalls im zylinderförmigen Gehäuse 10 geführt und
radial gestützt.
Durch diese Konstruktionsveränderungen
der Widerlagerscheibe 30 und der Rückstellfeder 28 wird
die Ventilkonstruktion insgesamt stabiler und robuster.
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Auch
in das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil
gemäß 2 ist
analog zum Stand der Technik gemäß 1 ein
Rückschlagventil
integriert. Das Rückschlagventil
weist die Ventilscheibe 34 auf, die zwischen einem Abschnitt
des Gehäuses 10,
der die Einprägung 38 umgibt,
und dem Halteelement 26 angeordnet ist, das sich an der
Einprägung 38 abstützt und
an dem sich wiederum die Rückstellfeder 28 abstützt. Die
Konstruktion des Halteelements 26 ist gegenüber der 1 vereinfacht,
da sich das Halteelement 26 nicht mehr am Vorsprung der
Umfangswand 11 abstützen
muß, sondern
an der Einprägung 38 der
Stirnwand 12 abstützen
kann. Erst dadurch ist auch die Führung der Rückstellfeder 28 im
zylinderförmigen
Gehäuse 10 möglich.
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Der
Strömungsberuhigungskanal 36 ist
im wesentlichen durch zwei radial beabstandete Wände gebildet. In diesem Kanal
stellt sich beim Abströmen von
Hydraulikfluid durch den Strömungswiderstand ein
Druck ein, der zwischen dem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck
liegt. Der Druck des abströmenden
Hydraulikfluids fällt über den
Strömungsweg
im Kanal langsam ab, wobei der Strömungsweg im wesentlichen der
axialen Abmessung des Kopfes 20 bzw. der Einprägung 38 entspricht.
Infolge der allmählichen
Druckverringerung fällt
wenig oder gar kein Gas aus dem Fluid aus, und eine Schaumbildung
wird entsprechend reduziert oder vollständig verhindert.
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Im
Stand der Technik gemäß 1 ist
die Strömungsberuhigung
durch die Stirnwand 12 und die Umlenkscheibe 32 in
axialer Richtung aufgebaut. Demgegenüber verringert sich bei der
erfindungsgemäßen Ventilausführung die
axiale Bauhöhe,
wodurch das Druckbegrenzungsventil 8 an Stabilität gewinnt
und insgesamt robuster wird. Darüber
hinaus kann die Umlenkscheibe 32 entfallen, was die Anzahl der
Ventilbauteile reduziert und den Zusammenbau des Ventils vereinfacht.