DE102008026723A1

DE102008026723A1 - Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102008026723A1
Application number: DE102008026723A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck; Klaus Schmitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: DE102008026723B4

Abstract

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, wobei als Ventilkörper eine Kugel vorgesehen ist, die in der Bohrung durch mindestens zwei Führungsstege geführt ist, wobei ein im Endbereich der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält und dabei die Kugel direkt, zumindest jedoch nach einem geringen axialen Weg federnd beaufschlagt, wobei das Halteelement am äußeren Rand fest mit dem Gehäuse verbunden ist und mindestens einen nach radial innen verlaufenden Vorsprung und/oder mindestens eine am äußeren Rand zur Mittenachse hin verlaufende Federzunge als Hubbegrenzung für den Ventilkörper aufweist, wobei sich die Breite der Federzunge, ausgehend vom äußeren Rand, in Richtung der Mittenachse verjüngt.

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, wobei als Ventilkörper eine Kugel vorgesehen ist, die in der Bohrung durch mindestens zwei Führungsstege geführt ist, wobei ein im Endbereich der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält und dabei die Kugel direkt, zumindest jedoch nach einem geringen axialen Weg federnd beaufschlagt.
Es sind bereits Rückschlagventile bekannt (z. B. DE 10 2006 036 691 A1 ), bei denen als Ventilkörper eine Kugel vorgesehen ist, die in einer Bohrung durch mindestens zwei Führungsstege geführt ist, wobei ein im Endbereich der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält. Bei derart miniaturisierten Rückschlagventilen beeinflussen die hubrelevanten Bauteiletoleranzen mitunter die Dauerhaltbarkeit und führen aufgrund der zu steilen Anfangsfederrate zu Streuungen im Öffnungsdruck.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein geräuscharmes, hochfrequent ansteuerbares Rückschlagventil zu schaffen, welches ein Minimum von Bauraum und eine große Dauerhaltbarkeit aufweist, wobei ein nahezu konstanter Öffnungsdruck erzielt werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das Halteelement am äußeren Rand fest mit dem Gehäuse verbunden ist und mindestens einen nach radial innen verlaufenden Vorsprung und/oder mindestens eine vom äußeren Rand zur Mittenachse hin verlaufende Federzunge als Hubbegrenzung für den Ventilkörper aufweist, wobei sich die Breite der Federzunge ausgehend vom äußeren Rand in Richtung der Mittenachse verjüngt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Kugel als Ventilkörper verwendet wird und diese Kugel präzise zwischen den Führungsstegen geführt wird. Das Halteelement, in Form einer konturierten Federscheibe, beaufschlagt die Kugel derart, dass sie einerseits federnd öffnen kann und andererseits gleichzeitig in ihrem Hub begrenzt wird. Durch die sich verändernde Breite der Federzunge, wobei im Bereich der Mittenachse die Federzunge ihren schmalsten Bereich aufweist, wird erreicht, dass die Federzunge in ihrem Öffnungsverhalten weicher gestaltet werden kann und dass die Federzunge eine große Dauerhaltbarkeit aufweist, ohne dass das Material bei einem vorgegebenen Ventilhub überdehnt wird.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass der direkt dem Ventilkörper zugewandte Bereich der Federzunge vergrößert ausgebildet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine einwandfreie Abstützung der Kugel an dem entsprechenden Bereich der Federzunge in jeder Situation gewährleistet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine radial nach innen verlaufende Vorsprung sich ausgehend von außen in Richtung der Mittenachse verjüngt. Hierbei ist von Vorteil, dass auch die Vorsprünge, welche als Hubbegrenzung für den Ventilkörper herangezogen werden, eine entsprechende Elastizität aufweisen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ausschließlich der mindestens eine Vorsprung zur Hubbegrenzung des Ventilkörpers herangezogen wird.
Nach einer günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Federzunge den Ventilkörper elastisch beaufschlagt und damit den Öffnungsquerschnitt des Rückschlagventils bestimmt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Führungsstege sich axial nur über einen Teilbereich der Bohrung erstrecken.
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.
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.
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 und in Draufsicht
4 und 5 zwei verschiedene Ausführungen eines Halteelementes
6 ein dem Ventil gemäß 1 zugehöriger Kennlinienverlauf.
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 12 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 jedoch nach einem geringen axialen Weg federnd beaufschlagt.
Die 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 und 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 mindestens einen Vorsprung 10 des Halteelementes 6 in seinem Hub begrenzt ist.
Der Endanschlag des Ventilkörpers 5 kann dabei federnd erfolgen, also auch Anschlaggeräusche vermeiden.
Die 3 zeigt in Draufsicht das in 1 dargestellte Rückschlagventil 1, mit einem Gehäuse 2 und einem Halteelement 6. Aufgrund der angestrebten Kleinstbauweise des Rückschlagventils 1 ist das Halteelement 6 als flache Scheibe ausgeführt und somit maschinell ohne Beachtung eines Winkelversatzes oder der jeweiligen Auflageseite in einen Zentrierabsatz 13 des Gehäuses 2 einlegbar. Das Halteelement 6 weist eine Federzunge 7 auf, die den Ventilkörper 5 federnd beaufschlagt, wobei mindestens ein Vorsprung 10 dem Ventilkörper 5 als Endanschlag in axialer Richtung dient.
Die Federzunge 7 zeigt eine Materialbreite, die ausgehend vom äußeren Rand in Richtung der Mittenachse 11 sich verjüngt. Im Bereich der Mittenachse 11 ist ein Auflagebereich 14 zur Abstützung des Ventilkörpers vorgesehen.
In 4 ist als Einzelheit ein Halteelement 6 dargestellt, bei dem die Federzunge 7 ausgehend von ihrem äußeren Bereich bis hin zur Mittenachse 11 sich entsprechend verjüngt und dann in den breiteren Auflagebereich 14 endet.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Halteelementes 6, bei dem die Federzunge 7 vom äußeren Rand radial in Richtung der Mittenachse 11 verläuft und ebenfalls im Auflagebereich 14 endet. Die Ausnehmungen 15 dienen dem Durchfluss des entsprechenden Mediums. Der mindestens eine Vorsprung 10 zur Hubbegrenzung des Ventilkörpers ist in dieser Ausführungsform kreisförmig ausgebildet. Der Auflagebereich 14 sowohl in der 4 als auch in der 5 dient der Abstützung des Ventilkörpers, wobei bei Verwendung einer Kugel als Ventilkörper diese Kugel punktförmig beaufschlagt wird.
In der 6 ist ein Kennliniendiagramm dargestellt, hierbei ist zu erkennen, dass bei einem eventuellen Vorhandensein eines axialen Weges der Kugel bis zur Anlage an der Federzunge 7 keine Dämpfungskraft erzeugt wird, erst bei Anliegen des Ventilkörpers 5 an der Federzunge 7 setzt der Kennlinienverlauf bei S0 ein. Nach einem flachen Anstieg der Dämpfungskraft erfolgt im weiteren Verlauf der Kennlinie ein progressiver Kennlinienverlauf bis hin zum Punkt S1 des Diagramms, dies ist der Punkt an dem der Ventilkörper 5 an dem Vorsprung 10 zur Anlage kommt. Bei weiterer axialer Auslenkung der Kugel wird nun auch der Vorsprung 10 axial nach außen verformt und im weiteren Verlauf der Kennlinie erfolgt damit ein steiler Anstieg, da in diesem Bereich außerhalb von S1 der Ventilkörper 5 gegen die Federzunge als auch gegen den Vorsprung 10 bewegt wird.
Je länger der flache Kennlinienverlauf erfolgt, somit die Federkennung im Bereich der Nulllinie verbleibt, desto weniger lassen eventuell vorhandene Fertigungstoleranzen den Öffnungsdruck des Ventilkörpers streuen. Es werden somit Fertigungstoleranzen zum größten Teil kompensiert und damit die Ausschußquote reduziert.
Der darauf folgende progressive Kennlinienverlauf dient dazu, den Ventilkörper 5 nicht abrupt gegen den Vorsprung 10 auftreffen zu lassen, so dass der Anschlag 10 mit einer wesentlich härteren Federsteifigkeit den Ventilkörper federnd, also geräuschlos abbremsen.
Diese Federcharakteristik erhöht die Dauerhaltbarkeit und gewährleistet, dass das Rückschlagventil ein hochdynamisches Ansprechverhalten aufweist und wobei der Ventilkörper auch problemlos ein Radialspiel aufweisen kann, denn der Auflagebereich 14 sorgt dafür, dass der Ventilkörper, vor allem in Form einer Kugel, punktförmig am äußersten Punkt beaufschlagt wird, damit ist auch der axiale Weg toleranzfrei gestaltet.

1: Rückschlagventil
2: Gehäuse
3: Anströmbohrung
4: Ventilsitz
5: Ventilkörper
6: Halteelement
7: Federzunge
8: Führungsstege
9: Längskanäle
10: Vorsprung
11: Mittenachse
12: Bohrung
13: Zentrierabsatz
14: Auflagebereich
15: Ausnehmungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006036691 A1 [0002]

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, wobei als Ventilkörper eine Kugel vorgesehen ist, die in der Bohrung durch mindestens zwei Führungsstege geführt ist, wobei ein im Endbereich der Bohrung angeordnetes Halteelement die Kugel verliersicher hält und dabei die Kugel direkt, zumindest jedoch nach einem geringen axialen Weg federnd beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) am äußeren Rand fest mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und mindestens einen nach radial innen verlaufenden Vorsprung (10) und/oder mindestens eine vom äußeren Rand zur Mittenachse (11) hin verlaufende Federzunge (7) als Hubbegrenzung für den Ventilkörper (5) aufweist, wobei sich die Breite der Federzunge (7) ausgehend vom äußeren Rand in Richtung der Mittenachse (11) verjüngt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der direkt dem Ventilkörper (5) zugewandte Bereich der Federzunge (7) vergrößert ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine radial nach innen verlaufende Vorsprung (10) sich ausgehend von außen in Richtung der Mittenachse (11) verjüngt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der mindestens eine Vorsprung (10) zur Hubbegrenzung des Ventilkörpers (5) herangezogen wird.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Federzunge (7) den Ventilkörper (5) elastisch beaufschlagt und damit den Öffnungsquerschnitt des Rückschlagventils (1) bestimmt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (8) sich axial nur über einen Teilbereich der Bohrung (12) erstrecken.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (6) im Gehäuse (2) formschlüssig fixiert ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss des Halteelementes (6) durch Materialteile des Gehäuses (2) über eine Verstemmung gebildet wird.
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) 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.