DE102007035015A1

DE102007035015A1 - Ventil, insbesondere Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102007035015A1
Application number: DE200710035015
Authority: DE
Inventors: Josef Neuner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Ventil, mit einem Gehäuse, das einen ersten Fluidanschluss und einen zweiten Fluidanschluss aufweist, und einem in dem Gehäuse in einer Axialrichtung verschieblich angeordneten Ventilkörper, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und der in einer ersten Stellung eine Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidanschlüssen sperrt und der mindestens eine weitere Stellung einnehmen kann, in der die beiden Fluidanschlüsse in Fluidverbindung miteinander stehen. Der Ventilkörper weist an einer axialen Stirnseite eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilkörperfläche auf, die kugelkalottenförmig ist. In Axialrichtung beabstandet von und verbunden mit der kugelkalottenförmigen Ventiloberfläche weist der Ventilkörper eine Führung zur axialen Führung des Ventilkörpers in dem Gehäuse auf. Die Führung kann durch einen umlaufenden Wulst oder mehrere in Umfangsrichtung des Ventilkörpers voneinander beabstandete Erhebungen gebildet sein. Eine senkrecht zur Axialrichtung verlaufende Mittelebene der Führung hat einen Abstand vom Kugelmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche, der kleiner als der Radius bzw. der Krümmungsradius der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Druckbegrenzungsventile sind seit Anbeginn der industriellen Technik bekannt und weisen stets ein Gehäuse und einen darin verschieblich angeordneten, federvorgespannten Ventilkörper auf, der mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet. Bekannt sind Druckbegrenzungsventile mit Kugelsitz, Kegelsitz oder Flachsitz. Je nach konstruktiver Ausgestaltung des Ventilsitzes geht man einen Kompromiss zwischen benötigtem Bauraum, der Hysterese hinsichtlich des Öffnungsverhaltens und der Dichtheit ein. Problematisch kann auch sein, dass im Langzeitbetrieb ein Festsetzen bzw. Verklemmen des Ventilkörpers auftritt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das eine optimale Dichtheit aufweist, das Geometriefehler bzw. Fertigungsungenauigkeiten in gewissem Umfang toleriert und das bei geringer Öffnung sofort einen großen Durchflussquerschnitt freigibt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Ventil mit einem Gehäuse, das einen ersten Fluidanschluss und einen zweiten Fluidanschluss aufweist. In dem Gehäuse ist ein in einer Axialrichtung verschieblicher Ventilkörper angeordnet, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. In einer ersten Ventilkörperstellung sperrt der Ventilkörper eine Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidanschlüssen. Der Ventilkörper kann ferner mindestens eine weitere Stellung einnehmen, in der die beiden Fluidanschlüsse in Fluidverbindung miteinander stehen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass an einer axialen Stirnseite des Ventilkörpers eine mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilkörperfläche vorgesehen ist, die kugelkalottenförmig ausgestaltet ist und dass in einer Axialrichtung beabstandet von der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche der Ventilkörper eine „Führung” aufweist. Die Führung kann z. B. als umlaufender Wulst ausgebildet sein kann oder durch mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete wulstartige Abschnitte gebildet sein kann. Die „Führung” dient in gewissem Maße der axialen Führung des Ventilkörpers im Gehäuse. „In gewissem Maße” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Ventilkörper im Bereich der Führung vorzugsweise ein gewisses radiales Spiel aufweisen kann, das in gewissem Maße ein „Kippeln” des Ventilkörpers im Gehäuse ermöglicht, wodurch erreicht wird, dass der Ventilkörper Schräglagen einnehmen kann, durch die Geometriefehler kompensiert werden können und durch die kugelkalottenförmige Ventilkörperfläche dennoch eine Dichtheit erreicht wird. Gemäß der Erfindung hat eine gedachte, senkrecht zur Axialrichtung verlaufende Mittelebene der Führung, z. B. eine Mittelebene des umlaufenden Wulstes, einen Abstand vom Kugelmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche, der kleiner als der Radius bzw. der Krümmungsradius der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche ist. Dadurch wird eine leichte Verschwenkbarkeit des Ventilkörpers im Gehäuse erreicht.
Vorzugsweise ist dieser Abstand Null, was bedeutet, dass der Kugelmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche in der Mittelebene der Führung liegt, woduch eine besonders gute Verschwenkbarkeit des Ventilkörpers erreicht wird.
In einer Axialrichtung gesehen weist der Wulst bzw. weist ein gedachter Kreis, der die wulstartigen Abschnitte umschreibt, einen größeren Durchmesser auf als die kugelkalottenförmige Ventilkörperfläche. Vorzugsweise ist, in Axialrichtung gesehen, der Durchmesser des Ventilkörpers im Bereich der Führung bzw. unmittelbar an der Führung am größten, d. h. maximal.
Durch den Wulst bzw. die wulstartigen Abschnitte in Verbindung mit dem Merkmal, dass die kugelkalottenförmige Ventilkörperfläche einen geringeren Durchmesser aufweist als der Wulst bzw. der die wulstartigen Abschnitte umschreibende Kreis, wird in begrenztem Umfang ein Verschwenken des Ventilkörpers im Gehäuse ermöglicht. Durch die kugelkalottenförmige Ausgestaltung der Ventilkörperfläche ist unabhängig von der momentanen Schwenkstellung stets eine optimale Dichtheit des Ventils sichergestellt.
Wie bereits erwähnt, kann es sich beim dem Ventil um ein Druckbegrenzungsventil handeln, d. h. um ein Ventil, dessen Ventilkörper durch einen Federmechanismus bzw. durch eine Spiralfeder gegen den Ventilsitz vorgespannt ist.
Überschreitet der Druck an einem der beiden Fluidanschlüsse einen vorgegebenen Druck, so verschiebt sich der Ventilkörper entgegen der von der Federeinrichtung ausgeübten Vorspannkraft, wodurch die Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidanschlüssen freigegeben wird und ein Druckabbau stattfinden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der eine Fluidanschluss koaxial zur Axialrichtung des Ventils und der andere Fluidanschluss quer dazu angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Ventil gemäß der Erfindung; und
2 Einzelheiten des Ventilkörpers des Ventils der 1.
1 zeigt ein Druckbegrenzungsventil 1 mit einem Gehäuse 2, das eine zu einer Axialrichtung 3 koaxiale Bohrung 4 aufweist, in der ein Ventilkörper 5 verschieblich angeordnet ist. Koaxial zur Bohrung 4 ist ein erster Fluidanschluss 6 vorgesehen und quer dazu bzw. radial in Bezug auf die Axialrichtung 3 ein zweiter Fluidanschluss 7, der in die Bohrung 4 mündet.
Der Ventilkörper 5 ist durch eine Spiralfeder 8 gegen einen Ventilsitz 9 vorgespannt, der bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel das Ende des ersten Fluidanschlusses 6 bildet.
Wie am besten aus 2 ersichtlich ist, weist der Ventilkörper 5 an einer seiner beiden Stirnseiten eine kugelkalottenförmige Ventilkörperfläche 10 auf, deren gedachter Mittelpunkt Z zugleich das Zentrum eines umlaufenden Wulstes 11 bildet. Der Wulst 11 ist in Axialrichtung 3 beabstandet von der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche 10. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Wulst 11 in Axialrichtung 3 gesehen einen größeren Durchmesser auf als die kugelkalottenförmige Ventilkörperfläche 10. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Ventilkörpers 5 an dem Wulst 11 maximal. Die Ebene, in der der Wulst liegt, d. h. die Ebene, in der der Durchmesser des Ventilkörpers 5 maximal ist, ich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig auch die Ebene, in der der Mittelpunkt Z der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche 10 liegt. Der Mittelpunkt Z muss aber nicht notwendigerweise exakt in der Ebene des größten Durchmessers liegen. Der Mittelpunkt Z könnte auch etwas in Axialrichtung versetzt zur Ebene des größten Durchmessers liegen.
Der Wulst 11 dient der axialen Führung des Ventilkörpers 5 in der Bohrung 4. Da er einen größeren Durchmesser aufweist als die kugelkalottenförmige Ventilkörperfläche 10, ermöglicht er in gewissem Umfang ein Verschwenken des Ventilkörpers 5 in der Bohrung 4, was die Gefahr eines Verklemmens des Ventilkörpers in der Bohrung 4 verringert. Aufgrund der kugelförmigen Gestalt der Ventilkörperfläche 10 ist unabhängig von der jeweiligen Schwenkstellung stets eine optimale Dichtheit sichergestellt, da die Ventilkörperfläche 10 den Ventilsitz 9 stets entlang einer Kreisfläche berührt.
Dass der gedachte Mittelpunkt der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche 10 mit dem Zentrum Z des Wulsts 11 zusammenfällt, ist explizit aus 2 ersichtlich.
Alternativ zu dem in den 1 und 2 gezeigten umlaufenden Wulst 11 können auch mehrere in Umfangsrichtung des Ventilkörpers 5 voneinander beabstandete wulstartige Abschnitte bzw. kugelkalottenförmigen Erhebungen vorgesehen sein, welche den Ventilkörper 5 in der Bohrung 4 führen.

Claims

Ventil (1), mit einem Gehäuse (2), das einen ersten Fluidanschluss (6) und einen zweiten Fluidanschluss (7) aufweist, und einem in dem Gehäuse in einer Axialrichtung (3) verschieblich angeordneten Ventilkörper (5), der mit einem Ventilsitz (9) zusammenwirkt und der in einer ersten Stellung eine Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidanschlüssen (6, 7) sperrt und der mindestens eine weitere Stellung einnehmen kann, in der die beiden Fluidanschlüsse (6, 7) in Fluidverbindung miteinander stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) – an einer axialen Stirnseite eine mit dem Ventilsitz (9) zusammenwirkende Ventilkörperfläche (10) aufweist, die kugelkalottenförmig ist, und – in Axialrichtung beabstandet von und verbunden mit der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche (10) eine Führung (11) zur axialen Führung des Ventilkörpers (5) in dem Gehäuse (2) aufweist, insbesondere einen umlaufender Wulst oder mehrere in Umfangsrichtung des Ventilkörpers (5) voneinander beabstandete Erhebungen, wobei eine senkrecht zur Axialrichtung verlaufende Mittelebene der Führung (11) einen Abstand vom Kugelmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche (10) hat, der kleiner als der Radius bzw. der Krümmungsradius der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche (10) ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche (10) in der Mittelebene der Führung (11) liegt und dementsprechend der Abstand der Mittelebene vom Kugelmittelpunkt Null ist.
Ventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (11), insbesondere der umlaufende Wulst (11) bzw. die in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Erhebungen in Axialrichtung (3) gesehen einen Kreis beschreiben bzw. von einem Kreis umschrieben sind, dessen Durchmesser größer ist als der in Axialrichtung betrachtete, von der kugelkalottenförmigen Ventilkörperfläche (10) beschriebene Kreis.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) in einer in Axialrichtung verlaufenden kreiszylindrischen Bohrung (4) angeordnet ist, wobei der Innendurchmesser der Bohrung (4) größer ist als der Außendurchmesser des die Führung (11) beschreibenden bzw. umschreibenden Kreises und somit der Ventilkörper (5) im Bereich der Führung (11) ein radiales Spiel in der Bohrung (4) aufweist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) ein Druckbegrenzungsventil ist, wobei der Ventilkörper (5) durch eine Federeinrichtung (8) gegen den Ventilsitz (9) vorgespannt ist.
Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidanschluss (6) koaxial zur Axialrichtung (3) und der zweite Fluidanschluss (7) quer dazu angeordnet ist.