DE102006051570A1

DE102006051570A1 - Rückschlagventil mit variabler Einstellung des Öffnungsdrucks

Info

Publication number: DE102006051570A1
Application number: DE200610051570
Authority: DE
Inventors: Rainer Fuhrmann; Reinhard Dipl.-Ing. Koch (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bevorzugt in einem Hydrauliksystem eingesetztes Rückschlagventil (1), das ein weitestgehend topfartig gestaltetes Gehäuse (2) umfasst. Der Boden (3) des Gehäuses (2) schließt eine Öffnung (4) ein, der ein gegen einen Ventilsitz (5) angefederter Schließkörper (6) zugeordnet ist. An dem von dem Schließkörper (6) abgewandten Ende ist das Federmittel (9) an einem als Ringkörper gestalteten Halteelement (10) abgestützt. Zur Einstellung eines Schließdrucks des Rückschlagventils (1) ist das Halteelement (10) stufenlos innerhalb des Gehäuses (2) einstellbar.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Rückschlagventil mit variabler Einstellung des Öffnungsdrucks
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, das bevorzugt in einem Hydraulik- oder in einem Pneumatiksystem eingesetzt ist. Das Rückschlagventil umfasst ein weitestgehend topfartig gestaltetes Gehäuse, dessen Boden eine Öffnung einschließt, der ein plattenartig gestalteter, von einem Federmittel kraftschlüssig beaufschlagter Ventilkörper zugeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Die US-A 37 25 990 zeigt ein Rückschlagventil, bestehend aus einer zylindrischen Hülse, bei der ein in axialer Richtung konisch ausgebildetes erstes Ende eine zentrische Öffnung aufweist, der innerhalb der Hülse als Schließkörper eine federbelastete Kugel zugeordnet ist. Eine als Kegel-Druckfeder ausgebildete, zentrisch innerhalb der Hülse angeordnete Schraubenfeder ist mit einem verjüngten Federende an dem als Kugel ausgebildeten Schließkörper abgestützt. Gegenseitig ist die Schraubenfeder einer gelochten Scheibe zugeordnet, die über einen radial nach innen gerichteten umlaufenden Bord der Hülse lage fixiert ist. Öffnet das Rückschlagventil, strömt das Hydraulikfluid zwischen dem Ventilsitz und der Kugel in die Hülse hinein, umströmt die Windungen der Schraubenfeder um dann durch die zentrische Öffnung der gelochten Scheibe abzuströmen. Dieser Aufbau des Rückschlagventils ermöglicht keinen eng tolerierten Öffnungsdruckbereich, aufgrund der Addition verschiedener Bauteiltoleranzen, insbesondere der Hülse, des spanlos geformten Ventilsitzes sowie der lagefixierten Lochscheibe. Eine weitere Einflussnahme auf den Öffnungsdruck wird durch die Herstellung der Schraubendruckfeder verursacht, deren Federkennlinie einer gewissen Streuung unterliegt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rückschlagventil zu realisieren, mit dem auf einfache Art und Weise, unabhängig von Bauteil- und/oder Federtoleranzen den Öffnungsdruck auf einen definierten Wert einzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung der Problemstellung ist erfindungsgemäß ein Aufbau des Rückschlagventils vorgesehen, bei dem das Federmittel an dem vom Schließkörper abgewandten Ende an einem stufenlos einstellbaren Halteelement abzustützen. Dazu ist das Halteelement kraftschlüssig an der Innenwandung des Gehäuses befestigt und kann zur Einstellung des Ventil-Öffnungsdrucks stufenlos verstellt werden. Vorteilhaft stellt sich durch das erfindungsgemäße Rückschlagventil eine Öffnungsdrucktoleranz ein, die geringer ist als die Fertigungstoleranz des Federmittels. Damit kann das Rückschlagventil beispielsweise in hydraulische Schaltungen, beispielsweise Getriebeschaltungen von Fahrzeugen eingesetzt werden, bei denen ein eng toleriertes, exaktes Druckniveau einzuhalten ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2-14.
Als ein geeignetes Halteelement mit dem der Öffnungsdruck des Rückschlagventils stufenlos einstellbar ist, eignet sich ein radial vorgespannter, spanlos hergestellter Spreizring. Zur exakten Einstellung des gewünschten Öffnungsdrucks des Rückschlagventils bietet es sich an, dieses in einer Vorrichtung einzusetzen, wobei ein Druckfluid mit dem gewünschten Druck den geöffneten Schließkörper beaufschlagt. Durch ein gezieltes Nachführen, beispielsweise mit einem entsprechenden Werkzeug wird anschließend das Halteelement stufenlos innerhalb des Gehäuses verschoben, bis der Schließkörper einen Fluidstrom unterbricht und damit das Rückschlagventil schließt.
Als ein alternatives Halteelement eignet sich eine Zahnscheibe, deren äußeres übereinstimmend in eine Richtung abgewinkeltes Zahnprofil an der Innenwandung des Gehäuses kraftschlüssig abgestützt ist. Dabei stellt sich eine bevorzugte Einbaulage der Zahnscheibe ein, bei der das Zahnprofil vom Schließkörper abgewandt ist.
Eine weitere Ausgestaltung des Halteelementes sieht vor, dieses tellerfederartig zu gestalten. Im Einbauzustand ist das scheibenartige Halteelement mit dem Bereich des kleinsten Durchmessers in Richtung des Schließkörpers zeigend eingesetzt.
Zur Vereinfachung der Handhabung ist das Halteelement mit Führungslaschen versehen. Diese ermöglichen beispielsweise eine Aufnahme des Halteelementes in einem Montagewerkzeug, mit dem das Halteelement automatisiert in das Gehäuse eingesetzt wird und dabei in Verbindung mit einem anstehenden Hydraulikfluidstrom auf den gewünschten Öffnungsdruck eingestellt werden kann. Diese Montagevorrichtung sieht vor, dass während der Montage der einzustellende Prüfdruck und/oder die entsprechende Kraft des Federmittels über den Schließkörper in Öffnungsrichtung gemessen wird. Dabei wird das Halteelement stets in Richtung des Ventilsitzes bzw. des Schließkörpers verfahren, bis sich der entsprechende Schließdruck bzw. die entsprechende Schließkraft einstellt. Mit Erreichen der Prüfbedingung endet der Montagevorgang, wobei aufgrund der radialen Vorspannung das Halteelement dauerhaft in der eingestellten Position verbleibt.
Zur Erzielung einer dauerfesten Lageposition des Halteelementes nach erfolgter Einstellung des Öffnungsdrucks ist eine maßliche radiale Überdeckung zwischen dem Außendurchmesser des Halteelementes und dem Innendurchmesser im Bereich der Aufnahme des Gehäuses von ≥ 3% vorgesehen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf die Innenwandung des Gehäuses. Vorteilhaft ist die Innenwandung an dem vom Boden abgewandten Ende innenseitig mit einem gestuften Abschnitt versehen, an dem das Halteelement einstellbar und kraftschlüssig abgestützt ist. Durch die Gestaltung der Oberflächengüte des gestuften Abschnittes kann die exakte Einstellung des Halteelementes beeinflußt werden, um den definierten Öffnungsdruck einzustellen. Zur spanlosen Herstellung des Gehäuses wird bevorzugt ein Tiefziehverfahren eingesetzt, dass weder eine Nacharbeit noch eine Nachbehandlung erfordert und mit dem gleichzeitig der radial gestufte Abschnitt herstellbar ist.
Als Maßnahme, eine dauerfeste Lageposition des Halteelementes innerhalb des Gehäuses nach erfolgter Einstellung des Öffnungsdrucks zu gewährleisten ist es erforderlich, das Halteelement mit einer definierten Vorspannkraft einzusetzen. Dazu ist eine bevorzugte maßliche Überdeckung zwischen dem Außendurchmesser des Halteelementes und einem Innendurchmesser der Aufnahme des Gehäuses von ≥ 3% vorgesehen.
Ein weiteres vorteilhaftes Gestaltungsmerkmal der Erfindung sieht vor, dass der Boden innerhalb des Gehäuses in Richtung des Schließkörpers konisch ansteigt. Damit stellt sich eine definierte, kreisringförmige und linienartig die zentrale Öffnung umschließende Kontaktzone ein, die als Ventilsitz mit dem Schließkörper zusammenwirkt. Diese Maßnahme begünstigt ein optimales Schließverhalten sowie eine maßlich eng eingegrenzte, definierte Kontaktzone des Schließkörpers, wodurch das anstehende Hydraulikfluid vorteilhaft eine stets gleiche Fläche beaufschlagt.
Als Schließkörper ist bevorzugt ein aus Stahlblech hergestelltes, weitestgehend scheibenartig gestaltetes Bauteil vorgesehen. Alternativ dazu bietet es sich an, den Schließkörper aus Kunststoff Glas oder Keramik herzustellen. Vorteilhaft schließt der Schließkörper außenseitig Zentriernasen ein, über die der Schließkörper an der Innenwandung des Gehäuses geführt ist. Weiterhin bietet es sich an, als Schließkörper eine Kugel zu verwenden.
Das auf einen exakten eng tolerierten Öffnungsdruck einstellbare erfindungsgemäße Rückschlagventil besitzt weiterhin einen bauraumoptimierten Aufbau. Zur Anwendung dieses Rückschlagventils in kleindimensionierte Hydraulik- oder Pneumatiksysteme ist für den Durchmesser „d" ein Maß von ≤ 9 mm und für die Länge „l" ein Maß von ≤ 11 mm vorgesehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Rückschlagventil ist außerdem ein enger Toleranzbereich von ± 1,1% bei einem Öffnungsdruck von 40 Bar und einer axialen Durchströmung des Hydraulikfluids erzielbar. Die erfindungsgemäße Auslegung des Rückschlagventils sieht weiterhin vor, dass der Schließdruck in einem Bereich von < 10 % den Öffnungsdruck übertrifft.
Als ergänzende Maßnahme, um das Halteelement zu fixieren bietet sich zur Schaffung einer formschlüssigen Sicherung eine partielle Verstemmung des Gehäuses an. Das Halteelement kann gemäß der Erfindung auch über eine stoffschlüssige Verbindung, wie Klebung, Lötung oder Schweißung in dem Gehäuse positioniert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In zwei Figuren ist die Erfindung dargestellt, die nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigen:
1 in einem Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil;
2 in einem vergrößerten Maßstab ein Detail „X" gemäß 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte Rückschlagventil 1 schließt ein topfartig gestaltetes, spanlos insbesondere durch ein Tiefziehverfahren hergestelltes Gehäuse 2 ein. Ein Boden 3 des Gehäuses 3 ist zentrisch mit einer Öffnung 4 versehen, über die im Betriebszustand ein Hydraulikfluid in Pfeilrichtung in das Rückschlagventils 1 eintritt. Der Boden 3 bildet weiterhin einen Ventilsitz 5, der mit einem Schließkörper 6 zusammenwirkt und eine wirksame Abdichtung des Rückschlagventils 1 gewährleistet. Der scheibenartig gestaltete Schließkörper 6 ist außenseitig mit umfangsverteilt angeordneten Zentriernasen 7 versehen, über die der Schließkörper 6 an einer Innenwandung 8 des Gehäuses 2 geführt ist. Zur Erzielung einer kraftschlüssigen Anlage des Schließkörpers 6 an dem Boden 3 ist ein Federmittel 9 vorgesehen, ausgeführt als eine Schrauben-Druckfeder. An dem vom Schließkörper 6 abgewandten Ende stützt sich das Federmittel 9 an einem Halteelement 10 ab. Das vorzugsweise spanlos hergestellte Halteelement 10 besitzt eine radiale Überdeckung zu einem gestuften Abschnitt 11 des Gehäuses 2.
Das scheibenartig gestaltete Halteelement 10 ist über eine in Richtung des Federmittels 9 geneigte konisch verlaufende Kontur im Bereich des abgestuften Abschnittes 11 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 2 abgestützt. Aufgrund dieser Einbaulage kann das Halteelement 10 zur Einstellung eines definierten Öffnungsdruck des Rückschlagventils 1 stufenlos in Pfeilrichtung, d.h. in Richtung des Schließkörpers 6 verstellt und damit eingestellt werden. Eine Verschiebung des Schließkörpers 6 erfolgt solange in Richtung des Ventilsitzes 5, bis ein vorgegebener Schließdruck bzw. Öffnungsdruck des Rückschlagventils 1 erreicht ist. Aufgrund einer radialen Überdeckung zwischen dem Außendurchmesser des Halteelementes 10 und dem Innendurchmesser im Bereich des gestuften Abschnittes 11 stellt sich eine dauerfeste kraftschlüssige Siche rung des Halteelementes 10 ein, das auch nach erfolgter Einstellung des Öffnungsdrucks dauerfest positioniert ist. Als Hilfsmittel zur Erzielung einer geradlinigen Führung des Halteelementes 10 in das Gehäuse 2 sind Führungslaschen 12 vorgesehen, zur Aufnahme des Halteelementes 10 in einem in 1 nicht abgebildeten Montagewerkzeug. Zur Erzielung einer kompakten Bauweise des Rückschlagventils ist ein Maßverhältnis von ≤ 1,23 zwischen einer Länge „l" und einem Durchmesser „d" für das Rückschlagventil 1 vorgesehen.
Die 2 verdeutlicht insbesondere die Gestaltung des Ventilsitzes 5, der eine kreisringförmige linienberührte Anlage des Schließkörpers 6 an dem Boden 3 im Bereich des Ventilsitzes 5 sicherstellt. Der Boden 3 verläuft dazu in Richtung des Federmittels 9 konisch ansteigend. Der Winkel „α" verdeutlicht den konischen Anstieg des Bodens 3 bis zu der zentralen Öffnung 4. Eine Randzone der Öffnung 4 bildet den Ventilsitz 5. Diese Maßnahme definiert eine exakte Lage sowie Größe der Anlagefläche des Schließkörpers 6 an dem Ventilsitz 5, was sich vorteilhaft auf die Abdichtqualität und die Einstellung des exakten Schließdrucks des Rückschlagventils 1 auswirkt.

1: Rückschlagventil
2: Gehäuse
3: Boden
4: Öffnung
5: Ventilsitz
6: Schließkörper
7: Zentriernase
8: Innenwandung
9: Federmittel
10: Halteelement
11: Abschnitt
12: Führungslasche

Claims

Bevorzugt in einem Hydraulik- oder einem Pneumatiksystem eingesetztes Rückschlagventil, das ein weitestgehend topfartig gestaltetes Gehäuse (2) umfasst, dessen Boden (3) eine Öffnung (4) einschließt, der ein gegen einen Ventilsitz (5) angefederter Schließkörper (6) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Schließdrucks bzw. einer Schließkraft des Rückschlagventils (1) ein Federmittel (9) gegenseitig von dem Schließkörper (6) an einem stufenlos einstellbaren, kraftschlüssig in dem Gehäuse (2) eingesetzten Halteelement (10) abgestützt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Halteelement (10) ein radial vorgespannter, spanlos hergestellter als ein Ringkörper ausgebildeter Spreizring vorgesehen ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zahnscheibe das Halteelement (10) bildet, die über ein abgewinkeltes Zahnprofil an einer Innenwandung (8) des Gehäuses (2) abgestützt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein tellerfederartig gestaltetes Halteelement (10) eingesetzt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Führungslaschen (12) des Halteelementes (10) für ein Montagewerkzeug bestimmt sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial gestufter Abschnitt (11) des Gehäuses (2) als Aufnahme für das Halteelement (10) ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Außendurchmesser des Halteelementes (10) und einem Innendurchmesser des Gehäuses (2) im Bereich des Abschnittes (11) eine maßliche radiale Überdeckung von ≥ 3% vorgesehen ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3) innerhalb des Gehäuses (2) in Richtung des Schließkörpers (6) konisch ansteigt, zur Bildung einer definierten linienartig verlaufenden Kontaktzone des Ventilsitzes (5), an dem der Schließkörper (6) anliegt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (6) aus einem Stahlblech hergestellt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Kunststoff hergestellter Schließkörper (6) eingesetzt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (6) über außenseitig angeordnete Zentriernasen (7) in dem Gehäuse (2) geführt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Gehäuse (2) ein Durchmesser „d" ≤ 9 mm und eine Länge „L" ≤ 11 mm vorgesehen ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließdruck in einem Bereich < 10% den Öffnungsdruck übertrifft und das Rückschlagventil (1) bei einem Öffnungsdruck von 40 Bar einen Toleranzwert von ± 1,1% einhält.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Lagefixierung das Halteelement (10) mittels einer partiellen Verstemmung und/oder einer stoffschlüssigen Verbindung lagefixiert ist.