DE102006040055A1

DE102006040055A1 - Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102006040055A1
Application number: DE200610040055
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmid
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-08-26
Filing date: 2006-08-26
Publication date: 2008-02-28

Abstract

Die Erfindung betrift ein Druckbegrenzungsventil (1), insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Hochdruckanlagen, mit einem Gehäuse (2) und einer Einlassbohrung (3) und einer Auslassbohrung (4) mit einem Ventilsitz (5), der sich in axialer Richtung zu einem Schließglied (6) aufweitet, wobei das Schließglied (6) von einem Federelement (7) über einen Federführungsbolzen (8) gegen den Ventilsitz (5) gepresst ist. Um ein Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das bei kleinem Bauraum kein störendes Betriebsgeräusch aufweist, ist vorgesehen, dass der Ventilsitz (5) eine Dichtkante (9) für das Schließglied (6) und eine axiale und radiale Führung (10) für das Schließglied (6) stromab der Dichtkante (9) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In hydraulischen Hochdruckanlagen, wie hydraulischen Servolenkungen von Fahrzeugen werden Druckbegrenzungsventile angewandt. Sie begrenzen den Druck eines Druckmittels zum Schutz einer Pumpe und eines daran angeschlossenen Verbrauchers auf einen zulässigen Höchstwert. Sie bestehen aus einem Gehäuse, und einer daran angeordneten Einlassbohrung und einer Auslassbohrung mit einem dazwischenliegenden Ventilsitz, wobei ein Federelement optional über einen Federführungsbolzen ein Schließglied gegen den Ventilsitz presst.
Die DE 39 07 152 C2 beschreibt ein Druckbegrenzungsventil zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Hochdruckanlagen mit einem als Schraubkörper gebildeten Gehäuse in dem eine Einlassbohrung und eine Auslassbohrung mit einem Ventilsitz angeordnet ist. Eine Feder presst mit einem Federführungsbolzen ein Schließglied gegen den Ventilsitz.
Hydraulische Hochdruckanlagen, wie sie beispielsweise durch eine hydraulische Servolenkungsanlage dargestellt werden, weisen hydraulische Verdrängereinheiten auf, wie etwa Flügelzellenpumpen. Unter bestimmten Betriebsbedingungen und bei einer bestimmten Gestaltung des eine Drosselstelle darstellenden Ventilsitzes solcher Ventile, oder der Druckbegrenzungsventile selbst, kann sich insbesondere stromab der Drosselstelle ein Turbulenzfeld aufbauen, dessen Wirbelfeld ebenfalls Flüssigkeitsschall erzeugen kann. Da Kavitation in einer Strömung durch Druckabfall ausgelöst wird und in einem Turbulenzfeld Druckschwankungen entstehen, kann durch Turbulenzen Kavitation ausgelöst werden. Zudem kann beim Öffnen eines Druckbegrenzungsventils Flattern des Schließkörpers auftreten. Überströmte Kanten können Pfeifgeräusche verursachen. All diese Geräusche sind primär im Druckmedium (Öl); teilweise sind sie als Körperschall im Ventil. Über die Ölsäule wird die hydraulische Verdrängereinheit und die hydraulische Servolenkungsanlage angeregt. Von dort können sie über Halter und die Lenksystemanbindung ins Innere eines Fahrzeugs übertragen oder als Luftschall direkt abgestrahlt werden.
Die DE 43 11 856 B4 beschreibt ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in einer Servolenkanlage, mit einem, in einem Ventilgehäuse gegen eine Kraft eines Federelements, das einen Federführungsbolzen beaufschlagt, verschiebbar geführten Schließgliedes. Das Schließglied ist kugelförmig und dichtet eine Durchlassöffnung eines Ventilsitzes zwischen einer Einlassbohrung und einer Auslassbohrung ab. Das Schließglied greift in eine kegelförmige Aufweitung des Ventilsitzes ein, wobei der Durchmesser des Schließgliedes zu der Öffnungsweite der Aufweitung so gewählt ist, dass ein zwischen der Wandung der Aufweitung und einer Radialen des Schließkörpers gebildeter rechter Winkel sich auch im durchströmten Zustand des Druckbegrenzungsventil innerhalb der Aufweitung befindet. Das Schließglied ist durch eine kegelförmige Ausnehmung in dem Federführungsbolzen geführt. Bei dem Druckbegrenzungsventil besteht die Möglichkeit, dass das Schließglied in der Aufweitung klemmt, was beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils zu einem Überschwingen führen kann. Zudem neigt der Federführungsbolzen zum Kippen, was zum Schwingen des Schließgliedes führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das bei kleinem Bauraum kein störendes Betriebsgeräusch aufweist.
Die Aufgabe wird mit einem Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass das Druckbegrenzungsventil so gebildet ist, dass der Ventilsitz eine Dichtkante für das Schließglied aufweist und eine axiale und radiale Führung für das Schließglied stromab der Dichtkante aufweist, ist eine Maßnahme getroffen, die Schwingungen des Schließgliedes und damit Turbulenzen des abströmenden Druckmittels vermeidet. Ein Pfeifen des Druckbegrenzungsventils wird dadurch vermieden.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das im Querschnitt bevorzugt kreisförmig gebildete Schließglied liegt auf einer bevorzugt kreisförmigen Dichtkante auf und ist bevorzugt axial und radial in einer zylindrischen Führung geführt. Der Ventilsitz ist dadurch in der Art einer Nadeldüse gebildet, die zu geringerer Luftschallabstrahlung als bei Kerben- und Blendenwiderständen führt und die bis zu ihrem vorgegebenen Ansprechdruck dicht ist und danach einen raschen Druckabfall ermöglicht.
Es kann auch zweckmäßig sein, die Dichtkante kreisförmig zu bilden und mehrere Führungsflächen-linien, die auf einem Zylinder liegen, in der Führung anzuordnen.
In die zylindrische Führung für das Schließglied sind Drainageöffnungen eingebracht, die stromab der Dichtkante bevorzugt radial aus der Führung geführt sind und in das Ventilgehäuse mündet. Von dort gelangt das abfließende Öl über Auslassbohrungen im Gehäuse zum Ölbehälter. Die Führung bildet mit dem Schließglied eine Spielpassung, die kein Druckmittel oder nur eine geringe Menge Druckmittel abströmen lässt und dafür sorgt, dass das Schließglied im wesentlichen ohne für die Druckmittelströmung in bedeutender Weise ein Radialspiel hat. Die Zahl der bevorzugt in diskreten Winkeln zueinander angeordneten Drainageöffnungen ist von der Anzahl der Auslassbohrungen verschieden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann mindestens etwa 80 % des Volumenstroms des abfließenden Druckmittels durch die Drainageöffnungen geführt werden.
Die Dichtkante, die bevorzugt durch einen Absatz in der Kontur des Ventilsitzes gebildet ist, ist bevorzugt zusammen mit der Führung in einer Ventilschraube angeordnet und durch ein einziges Werkzeug spanabhebend dargestellt. Der Federraum in dem das Federelement in dem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils untergebracht ist, ist zudem fluidisch über eine Verbindungsbohrung mit dem Ölbehälter verbunden und bildet zusammen mit dem Federführungsbolzen einen hydraulischen Stoßdämpfer. Die Verbindungsbohrung ist radial aus dem Federraum geführt und in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zwischen einem, dem Federführungsbolzen abgewandten Ende des Federelements und dem Federführungsbolzen angeordnet. Auf diese Weise wird eine Schwingungsdämpfung aller bewegten Teile erreicht.
Durch diese konstruktive Maßnahme sind zudem quasi zwei Druckbegrenzungsventile in Reihe geschaltet. Ein erstes Druckbegrenzungsventil ist durch das Schließglied und die Ventilschraube gebildet. Das zweite Druckbegrenzungsventil ist durch die Querschnittsfläche des Federführungsbolzens und die hinter dem Federführungsbolzen angeordnete Verbindungsbohrung gebildet. Zu diesem Zweck ist ein nahezu dichtendes Anliegen des Federführungsbolzens an dem Gehäuse des Druckbe grenzungsventils notwendig. Durch die Wahl der Querschnitte lässt sich eine gewünschte Hysterese des Druckbegrenzungsventils definieren.
Durch die Summierung einzelner Druckdifferenzen lässt sich eine große Gesamtdruckdifferenz, wie sie bei Druckbegrenzungsventilen auftritt, nahezu kavitationsfrei abbauen. Um dies zu steigern kann es zweckmäßig sein, stromauf des Schließgliedes und in dessen Nähe eine Drossel oder Blende, bevorzugt eine starre Drossel oder Blende in dem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils anzuordnen. Eine Vielzahl von Drainageöffnungen in der Führung und Auslassbohrungen in dem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils erhöht den geräuschfrei abführbaren Volumenstrom.
Um bei einem sich öffnenden Ventilsitz einen symmetrischen Ausfluss des Druckmittels und damit eine symmetrische, Turbulenz vermeidende Geschwindigkeitsverteilung zu erzielen, ist es zweckmäßig, die Ebenen der Bohrungen im Gehäuse und in der Ventilschraube ausreichend weit auseinander zu halten.
Das Schließglied ist bevorzugt als Kugel gebildet, und überragt, in axialer Richtung des Druckbegrenzungsventils betrachtet, das Ende der Ventilschraube etwas.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil.
In 1 ist in einem Längsschnitt ein Druckbegrenzungsventil 1 einer hydraulischen Servolenkung eines Personenkraftwagens gezeigt. Es besteht aus einem als Schraubkörper ausgeführten, rotationssymmetrisch gebildeten Gehäuse 2 mit einer axialen Einlassbohrung 3 für Druckmittel. Die Einlassbohrung 3 ist in einer Ventilschraube 12, die in das Gehäuse 2 eingeschraubt ist, angeordnet.
Die Ventilschraube 12 dient zur Darstellung eines Ventilsitzes 5, der aus einem stufenförmig über eine Dichtkante 9 im Inneren des Druckbegrenzungsventils 1 sich leicht erweiternden Bereiches K und einem als Kugel 20 gebildeten Schließglied 6 besteht. Die Kugel 20 ist in der Ventilschraube 12 in dem Bereich K geführt, was ein Wandern der Kugel auf dem Ventilsitz und damit eine schwingungsarme, geräusch arme Betriebsweise des Duckbegrenzungsventils 1 bewirkt. Ein als Schraubendruckfeder gebildetes Federelement 7 ist von einem Federführungsbolzen 8 in einem zylindrischen Federraum 13 des Gehäuses 2 geführt und presst einen Boden 21 des Federführungsbolzens 8 auf die Kugel 20. Der Boden 21 des Federführungsbolzens 8 bildet mit seiner auf der Kugel 20 aufliegenden Seite eine Wand 22 für die zwei diametral in radialer Richtung des Druckbegrenzungsventils 1 abgehenden Auslassbohrungen 4 für abströmendes Druckmittel. Der axiale Endbereich K, der den Ventilsitz 5 bildet, ist durch eine endseitige, etwa zylindrisch gebildete Führung 10 für die Kugel 20 und eine, in Richtung auf die Einlassbohrung 3 betrachtet, Dichtkante 9, die durch eine Verengung der Führung 10 gebildet wird, charakterisiert. Die Kugel 20 ist in der Führung 10 mit geringem Spiel radial und axial geführt, sodass bei sich öffnendem Ventilsitz 5 Druckmittel fast ausschließlich durch radial geführte, in axialer Richtung des Druckbegrenzungsventils 1 betrachtet, zwischen der Kugel 20 und der Dichtkante 9 angeordnete Drainageöffnungen 11 über die Auslassbohrungen 4 in einen Ölbehälter 15 entweichen kann. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Auslassbohrungen 4, die diametral gegenüber angeordnet sind und drei Drainageöffnungen 11 vorgesehen.
Eine Drossel 18 ist in geringem Abstand von der Kugel 20 in der Ventilschraube 12 angeordnet und bildet zusammen mit den Drainageöffnungen 11 und den Auslassbohrungen 4 mehrere hintereinander geschaltete Elemente zur Druckminderung, die die große Gesamtdruckdifferenz nahezu kavitationsfrei und geräuscharm bzw. geräuschfrei abbauen können.
Dadurch dass die Drossel 18 mit geringem Abstand zu der Dichtkante 9 angeordnet ist, ergibt sich zwischen der Drossel 18 und der Dichtkante 9 ein kleiner Raum für Druckmittel mit geringer Druckmittelenergie und entsprechend geringer Geräuschbildung.
Im geschlossenen Zustand des Druckbegrenzungsventils ist die Wand 22 maximal in der Mitte 19 der Auslassbohrung 4 angeordnet. Das Federelement 7 und der Federführungsbolzen 8 werden anders als bei bekanntem Stand der Technik somit nicht mehr von Druckmittel umströmt und bilden somit keine Elemente der Schwingungsanregung abströmenden Druckmittels.
Der Federraum 13 des Federelements 7 ist mit Druckmittel luftblasenfrei gefüllt und fluidisch über eine radial abgehende, in axialer Richtung des Druckbegrenzungsventils 1 zwischen einem, dem Federführungsbolzen 8 abgewandten Ende 16 des Federelements 7 und dem Federführungsbolzen 8 in dem Gehäuse 2 angeordneten Verbindungsbohrung 14 mit einem Ölbehälter 15 oder Druckmittelbehälter verbunden.
Diese konstruktive Maßnahme ergibt einen Stoßdämpfer 17, der eine Schwingungsdämpfung des Federführungsbolzens 8 gewährleistet.

1: Druckbegrenzungsventil
2: Gehäuse
3: Einlassbohrung
4: Auslassbohrung
5: Ventilsitz
6: Schließglied
7: Federelement
8: Federführungsbolzen
9: Dichtkante
10: Führung
11: Drainageöffnung
12: Ventilschraube
13: Federraum
14: Verbindungsbohrung
15: Ölbehälter
16: Ende, v. 7
17: Stoßdämpfer
18: Drossel
19: Mitte, v. 4
20: Kugel
21: Boden
22: Wand
K: Bereich, in 12

Claims

Druckbegrenzungsventil, insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Hochdruckanlagen, mit einem Gehäuse (2) und einer Einlassbohrung (3) und einer Auslassbohrung (4) mit einem Ventilsitz (5) der sich in axialer Richtung zu einem Schließglied (6) aufweitet, wobei das Schließglied (6) von einem Federelement (7) über einen optionalen Federführungsbolzen (8) gegen den Ventilsitz (5) gepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (5) eine Dichtkante (9) für das Schließglied (6) und eine axiale und radiale Führung (10) für das Schließglied (6) stromab der Dichtkante (9) aufweist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (9) kreisförmig ist und die Führung (10) etwa zylindrisch ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (9) kreisförmig ist und mehrere Führungsflächen oder Führungslinien aufweist, die auf einem Zylinder liegen.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (10) Drainageöffnungen (11) in radialer Richtung enthält.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Drainageöffnungen (11) von der Zahl der Auslassbohrungen (4) verschieden ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainageöffnungen (11) in der Führung (10) so angeordnet sind, dass Druckmittel nicht zwischen der Führung (10) und dem Schließglied (6) fließen muß.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainageöffnungen (11) so gebildet sind, dass mindestens etwa 80 % des abfließenden Druckmittels hindurchströmen kann.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (9) in einer Ventilschraube (12) angeordnet ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (10) in einer Ventilschraube (12) angeordnet ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (13) des Federelements (7) fluidisch über eine Verbindungsbohrung (14) mit einem Ölbehälter (15) verbunden ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrung (14) zwischen einem, dem Federführungsbolzen (8) abgewandten Ende (16) des Federelements (7) und dem Federführungsbolzen (8) angeordnet ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Federführungsbolzen (8) und der Federraum (13) des Federelements (7) einen hydraulischen Stoßdämpfer (17) bilden.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Federführungsbolzen (8) mit geringem Spiel an dem Gehäuse (2) des Druckbegrenzungsventils (1) anliegt.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Schließglieds (6) eine Drossel (18) oder Blende angeordnet ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschraube (12) bis etwa zur Mitte (19) der Auslassbohrung (4) reicht.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassbohrung (4) in radialer Richtung aus dem Gehäuse (2) geführt ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (6) eine Kugel (20) ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (20) im geschlossenen Zustand des Ventilsitzes (5) die Ventilschraube (12) in axialer Richtung überragt.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hysterese des Druckbegrenzungsventils einstellbar ist.
Druckbegrenzungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (1) Teil einer hydraulischen Servolenkung eines Personenkraftwagens oder Nutzkraftwagens ist.