DE102006036691A1

DE102006036691A1 - Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102006036691A1
Application number: DE200610036691
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-08-05
Filing date: 2006-08-05
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-08-06
Also published as: DE102006036691B4; US20080029165A1; US8096319B2

Abstract

Rückschlagventil, bestehend aus einem Gehäuse, einer Bohrung und einem hubbeweglichen Ventilkörper, welches federvorgespannt ist und an einem Ventilsitz dichtend anliegt, wobei die Bohrung als Stufenbohrung ausgebildet ist und die im Durchmesser kleinere Bohrung den Ventilsitz aufweist und die im Durchmesser größere Bohrung das hubbewegliche Ventilglied aufnimmt, wobei als Ventilkörper eine Kugel vorgesehen ist, die in der Bohrung durch mindestens zwei Führungsstege geführt ist und dass ein im Endbereich der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält und gleichzeitig die Kugel federnd vorspannt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlagventil, bestehend aus einem Gehäuse, einer Bohrung und einem hubbeweglichen Ventilkörper, welcher federvorgespannt ist und an einem Ventilsitz dichtend anliegt, wobei die Bohrung als Stufenbohrung ausgebildet ist und die im Durchmesser kleinere Bohrung den Ventilsitz aufweist und die im Durchmesser größere Bohrung das hubbewegliche Ventilglied aufnimmt.
Es sind bereits Rückschlagventile bekannt ( DE 40 25 488 C2 ), bei denen ein hubbewegliches Ventilglied vorgesehen ist, wobei zumindest im Ventilsitzbereich ein kugelförmiger Ventilkörper vorgesehen ist. Auf diesen Ventilkörper wirkt unter Vorspannung eine Schließfeder, wobei des Weiteren ein bewegliches zylindrisches Teil und ein fest angeordnetes zylindrisches Teil einen Ringraum schaffen, der sich vom Volumen her über die Bewegung der Innenteile verändert. Über eine Drosselbohrung kann somit die Ventiltätigkeit bedämpft werden. Rückschlagventile dieser Bauart, insbesondere mit einer Ventilkugel oder einem Kugelsegment, arbeiten prinzipiell sehr präzise, nachteilig ist jedoch, die große bewegte Masse, die für eine hochfrequente Ventilbeaufschlagung zu träge reagiert. Zur Vermeidung von Anschlaggeräuschen wird daher ein derartiges Rückschlagventil vorzugsweise bedampft.
Darüber hinaus benötigt diese Konstruktion einen großen Bauraum und ist allein schon durch die Anzahl der Einzelteile und deren Formgebung für eine vollautomatische Montage ungeeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein geräuscharmes, hochfrequent ansteuerbares Rückschlagventil zu schaffen, welches ein Minimum von Bauraum aufweist und kostengünstig auch unter Großserienbedingungen herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Ventilkörper eine Kugel vorgesehen ist, die in der Bohrung durch mindestens zwei Führungsstege geführt ist und dass ein im Endbereich der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält und gleichzeitig die Kugel federnd vorspannt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Kugel als Ventilkörper verwendet wird und diese Kugel präzise zwischen den Führungsstegen geführt wird. Das Halteelement, in Form einer innen gelochten konturierten Federscheibe, beaufschlagt die Kugel derart, dass sie einerseits federnd öffnen kann und andererseits gleichzeitig in ihrem Hub begrenzt wird. Die Hubbegrenzung der Kugel erfolgt dabei aus Geräuschgründen ebenfalls federnd.
Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass die Führungsstege über den Umfang der Bohrung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass das Halteelement mindestens zwei nach radial innen verlaufende Vorsprünge aufweist, die als Hubbegrenzung des Ventilkörpers dienen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Hubbegrenzung der Kugel durch die Vorsprünge erfolgt, wobei diese Vorsprünge federnd ausgebildet sind, jedoch durch eine progressiv verlaufende Federcharakteristik auch die entsprechende Hubbegrenzung vornehmen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Halteelement mindestens eine nach radial innen verlaufende Federzunge aufweist, die eine Federspannung auf den Ventilkörper ausübt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Federzunge ebenfalls integraler Bestandteil des Halteelementes ist, so dass sich die Vorsprünge, die Federzunge sowie das Halteelement aus einem Bauteil herstellen lassen. Zur Erzielung einer möglichst drosselfreien Durchströmung ist vorgesehen, dass die Führungsstege sich axial nur über einen Teilbereich der Bohrung erstrecken. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Führungsstege unterhalb des Halteelementes freigestellt sind, so dass eine gleichmäßige Anströmung des Rückschlagventils erfolgen kann.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Halteelement im Gehäuse formschlüssig fixiert ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Formschluss des Halteelementes durch Materialteile des Gehäuses über eine Verstemmung gebildet wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die radial verlaufenden Vorsprünge axial federnd beweglich sind.
Das Halteelement lässt sich im Ventilgehäuse nicht nur formschlüssig fixieren, sondern auch besteht die Möglichkeit, dass das Halteelement mit dem Gehäuse durch eine Klebung fixiert ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Klebung erfolgen kann, ein Schweißverfahren oder Lötverfahren ist ebenso denkbar.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Gehäuse ein hinterschnittfreies, formgebundenes Teil ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Führungsstege des Gehäuses gegenüber dem Halteelement zumindest teilweise freigestellt sind.
Vorteilhaft ist hierbei, dass das Gehäuse sintertechnisch oder presstechnisch hergestellt ist.
Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass das Halteelement ein scheibenförmiges Gebilde ist, das einerseits ein strömendes Medium hindurchläßt und andererseits im Zentrum den Ventilkörper federnd beaufschlägt.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass das Halteelement einen kreisförmig geschlossenen Außenbereich aufweist, von dem ausgehend sich eine Federzunge bis in das Zentrum erstreckt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Federzunge, zwecks weicherer Federkennung, kreis- oder spiralförmig ausgestaltet ist.
Ein weiteres Merkmal sieht vor, dass das Halteelement stanztechnisch hergestellt ist, wobei das Halteelement aus einem Federdraht geformt ist.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Halteelement einen für die Verstemmung druckfesten Außenbereich aufweist.
Vorteilhaft ist dabei, dass das Halteelement mit dem Gehäuse 2 über eine Krallverbindung fixiert ist.
Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass das Gehäuse an zumindest einer Stirnseite eine Schneidkante zur dichten Befestigung in einer Aufnahmebohrung aufweist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt.
Es zeigt:
1 bis 3 ein Rückschlagventil teils im Schnitt, in Ansicht und in Draufsicht
4 bis 6 eine Explosionsdarstellung des in 1 bis 3 dargestellten Rückschlagventils
7 bis 7d verschiedenste Formen der Fixierung des Halteelementes gegenüber dem Ventilgehäuse
8 bis 10 weitere Halteelement-Ausführungen.
Aus der 1 ist das Rückschlagventil 1 dargestellt, mit einem Gehäuse 2, welches vorzugsweise ohne Hinterschnitte, also formgebunden, ohne jegliche spanabhebende Nacharbeit, werkzeugfallend hergestellt werden kann. Als Herstellverfahren ist bei diesem Gehäuse eine Sinter- oder Presstechnik zu bevorzugen.
Das Gehäuse 2 hat eine zentrale Anströmbohrung 3, die am Übergang zur Bohrung 17 den Ventilsitz 4 bildet. Die Anströmbohrung 3 im Bereich ihres Ventilsitzes 4 wird durch die als Ventilkörper 5 ausgebildete Kugel verschlossen. Oberhalb des Ventilkörpers 5 ist ein Halteelement 6, in Form einer innen konturierten Federscheibe so angeordnet, dass sie einerseits am äußeren Rand fest mit dem Gehäuse 2 verbunden ist und andererseits den Ventilkörper 5 direkt oder zumindest näherungsweise federnd beaufschlagt.
Das Gehäuse 2 besitzt eine Schneidkante 18 an mindestens einer Stirnseite, die der dichten Befestigung in einer Aufnahmebohrung dient.
2 zeigt das in 1 dargestellte Rückschlagventil 1 in geöffneter Stellung, wobei der Ventilkörper 5 durch die Anströmung über die Anströmbohrung 3 vom Ventilsitz 4, gegen die Federkraft des Halteelementes 6 bzw. ihrer Federzunge 7 abhebt.
Der Ventilkörper 5 wird dabei über Führungsstege 8 zentriert geführt, die Strömung umspült zumindest teilweise auf dem Umfang über Längskanäle 9 den Ventilkörper 5 und durchströmt anschließend die noch verbleibende Öffnung des Halteelementes 6, wobei der Ventilkörper 5 durch drei Vorsprünge 10 des Halteelementes 6 in seinem Hub begrenzt ist.
Der Endanschlag des Ventilkörpers 5 kann dabei federnd erfolgen, also auch Anschlaggeräusche vermeiden. Um eine möglichst drosselfreie Durchströmung zu gewährleisten, sind insbesondere bei kleinsten Baugrößen dieser Rückschlagventilausführungen die Führungsstege 8 unterhalb des Halteelementes 6 durch einen Freigang 11 freigestellt. Die Formgebung kann dabei individuell ausgebildet sein.
3 zeigt die Draufsicht des in 1 dargestellten Rückschlagventils 1, mit einem Gehäuse 2 und einem Halteelement 6, welches in Form einer flachen Federscheibe ausgebildet ist. Das Halteelement 6 ist flach ausgeführt, da sich so eine Handhabung als Schüttgut anbietet, und somit maschinell ohne Beachtung eines Winkelversatzes oder der jeweiligen Auflageseite in einen Zentrierabsatz 12 des Gehäuses 2 einlegbar ist. Das Halteelement 6 weist eine Federzunge 7 auf, die den Ventilkörper 5 federnd beaufschlagt, wobei die drei Vorsprünge 10 dem Ventilkörper 5 als Endanschlag in axialer Richtung dienen. Je nach Federsteifigkeit der Federzunge 7 können die Vorsprünge 10 auch ganz entfallen, da der maximale Austrieb des Ventilkörpers 5 durch die Strömung oft sehr gering ist. Die Federzunge 7 stoppt dann den Ventilkörper 5 allein über die Federsteifigkeit.
Der Öffnungsdruck des Rückschlagventils und dessen Hub können durch das Halteelement 6, deren Innenkonturierung und/oder Dicke entsprechend variiert werden. Das Halteelement 6 ist mit dem Gehäuse 2 fest verbunden, z.B. durch Formschluss, Verkrallung, Verklebung oder Verschweißung.
Aus der 4 ist eine Explosionsdarstellung zu entnehmen, es zeigt ein extrem miniaturisiertes Rückschlagventil 1 mit dem Gehäuse 2, dem Ventilkörper 5 und dem Halteelement 6. Zur Durchflussoptimierung haben die Führungsstege 8 im oberen Bereich einen Freigang 11, so dass das Halteelement ohne feste Positionierung in den Zentrierabsatz 12 des Gehäuses 2 eingesetzt werden kann.
5 zeigt das fertig montierte Rückschlagventil 1, wobei das Halteelement 6 über örtliche Verstemmungen 13 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist.
6 zeigt das Halteelement 6 zusammen mit dem Ventilkörper 5, in einer Position, in der der Ventilkörper 5 die Federzunge 7 derart beaufschlagt hat, dass die Vorsprünge 10 als Endanschlag zum Einsatz kommen.
Aus den 7 bis 7d sind verschiedene Versionen einer Befestigung des Halteelementes 6 gegenüber dem Gehäuse 2 dargestellt. 7 zeigt das in 1 dargestellte Prinzip der Fixierung des Halteelementes 6 gegenüber dem Gehäuse 2 durch eine örtliche Verstemmung. Eine Vergrößerung dieser örtlichen Verstemmung 13 ist der 7a zu entnehmen. Dabei können diese örtlichen Verstemmungen an mehreren Stellen über den Umfang des Gehäuses 2 verteilt angeordnet sein.
7b zeigt ein Gehäuse 2, bei dem über den gesamten Umfang eine Verstemmung, also eine Rundumverstemmung vorgenommen wurde. Eine Schweiß- oder Klebeverbindung 15 ist der 7c zu entnehmen.
Aus der 7d ist ein Halteelement 6 zu erkennen, bei dem der äußere Rand einen angewinkelten Bereich aufweist, der durch Eindrücken in das Gehäuse 2 eine Krallverbindung 16 bildet. Das Halteelement 6 ist also durch einen entspre chenden Reibschluss in dem Zentrieransatz 12 des Gehäuses 2 formschlüssig fixiert.
8 zeigt ein Halteelement 6, das sich im Zentrum mit seiner Federzunge 7 auf dem Ventilkörper 5 federnd abstützt.
9 zeigt die Draufsicht des Halteelements 6 aus 8. Ein Vorsprung 10, der letztlich den Ventilkörper 5 hubbegrenzt, kann je nach Federsteifigkeit auch entfallen. Je nach Gestaltung der Federzunge 7 kommt es ohnehin, wenn gewünscht auch frühzeitig, zu einem Kontakt des Ventilkörpers 5 mit dem Halteelement 6, so dass dieser nach Wunsch hubbegrenzt werden kann. Die Federzunge 7 ist hier aufgrund einer weicheren Federsteifigkeit kreis- oder auch spiralförmig ausgeführt.
10 zeigt ein Halteelement 6 aus Federstahldraht. Der äußere Rand ist dabei kreisrund und für eine Verstemmung druckfest ausgelegt.

1: Rückschlagventil
2: Gehäuse
3: Anströmbohrung
4: Ventilsitz
5: Ventilkörper
6: Halteelement
7: Federzunge
8: Führungsstege
9: Längskanäle
10: Vorsprünge
11: Freigang
12: Zentrierabsatz
13: örtliche Verstemmung
14: Rundumverstemmung
15: Schweiß- oder Klebeverbindung
16: Krallverbindung
17: Bohrung
18: Schneidkante

Claims

Rückschlagventil, bestehend aus einem Gehäuse, einer Bohrung und einem hubbeweglichen Ventilkörper, welcher federvorgespannt ist und an einem Ventilsitz dichtend anliegt, wobei die Bohrung als Stufenbohrung ausgebildet ist und die im Durchmesser kleinere Bohrung den Ventilsitz aufweist und die im Durchmesser größere Bohrung das hubbewegliche Ventilglied aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass als Ventilkörper (5) eine Kugel vorgesehen ist, die in der Bohrung (17) durch mindestens zwei Führungsstege (8) geführt ist und dass ein im Endbereich der Bohrung (17) angeordnetes Halteelement (6) die Kugel verliersicher hält und gleichzeitig die Kugel federnd vorspannt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (8) über den Umfang der Bohrung (17) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) mindestens einen nach radial innen verlaufenden Vorsprung (10) aufweist, die als Hubbegrenzung des Ventilkörpers (5) dienen.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) mindestens eine nach radial innen verlaufende Federzunge (7) aufweist, die eine Federspannung auf den Ventilkörper (5) ausübt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (8) sich axial nur über einen Teilbereich der Bohrung (17) erstrecken.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) im Gehäuse (2) formschlüssig fixiert ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss des Halteelementes (6) durch Materialteile des Gehäuses (2) über eine Verstemmung gebildet wird.
Rückschlagventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verlaufenden Vorsprünge (10) axial federnd beweglich sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) mit dem Gehäuse (2) durch eine Schweiß← und/oder Klebeverbindung fixiert ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein hinterschnittfreies, formgebundenes Teil ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (8) des Gehäuses (2) gegenüber dem Halteelement (6) zumindest teilweise freigestellt sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) sintertechnisch oder presstechnisch hergestellt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) ein scheibenförmiges Gebilde ist, das einerseits ein strömendes Medium hindurchläßt und andererseits im Zentrum den Ventilkörper (5) federnd beaufschlägt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) einen kreisförmig geschlossenen Außenbereich aufweist, von dem ausgehend sich eine Federzunge (7) bis in das Zentrum erstreckt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzunge (7), zwecks weicherer Federkennung, kreis- oder spiralförmig ausgestaltet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) stanztechnisch hergestellt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) aus einem Federdraht geformt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) einen für die Verstemmung druckfesten Außenbereich aufweist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) mit dem Gehäuse 2 über eine Krallverbindung fixiert ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an zumindest einer Stirnseite eine Schneidkante zur dichten Befestigung in einer Aufnahmebohrung aufweist.