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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Druckbegrenzungsventil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Verschiedene Ausführungsvarianten eines derartigen Druckbegrenzungsventils sind beispielsweise aus der
DE 10 2008 002 539 A1 bereits bekannt. Die in den
2,
3 bzw.
5,
6 dieses Dokuments dargestellten Ausführungsvarianten weisen ein Ventilgehäuse auf, das einen Ventilraum umgibt. In den Ventilraum münden eine erste Fluidverbindung und eine zweite Fluidverbindung ein. Zwischen beiden Fluidverbindungen ist ein Ventilsitz ausgebildet, der von einem Schließglied gesteuert wird. Das Schließglied ist hierzu starr mit einem Steuerkolben gekoppelt, der hydraulisch druckbeaufschlagt ist. Mit der Betätigung des Steuerkolbens wird das Schließglied entgegen der Kraft einer Rückstellfeder derart ausgelenkt, dass sich mit zunehmender Auslenkung der freie Strömungsquerschnitt verringert bzw. dass der Druckmittelstrom durch den Ventilsitz zunehmend gedrosselt wird, bis dieser Ventilsitz schließlich geschlossen und der Druckmittelstrom unterbrochen ist. Das Druckniveau stromabwärts des Ventilsitzes lässt sich dadurch auf einen Maximalwert begrenzen.
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Der Steuerkolben ist mit Dichtungselementen versehen, welche den Ventilraum zur Umgebung hin abdichten. Die Vorspannung dieser Dichtungselemente ist dabei relativ hoch, da die Dichtungselemente Drücken von ca. 140 bar standhalten müssen.
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Bei der Auslenkung des Schließglieds findet deshalb zwischen dem Ventilgehäuse und den Dichtungen eine relativ stark reibungsbehaftete Relativbewegung statt. Die hohe Reibung führt zu einer hohen Ventilhysterese, kann einen vorzeitigen Verschleiß an den Dichtungselementen und den Ausfall des Druckbegrenzungsventils bzw. eines mit dem Druckbegrenzungsventil ausgestatteten Aggregats bewirken. Zudem sind die bekannten Dichtungselemente nicht gegen mechanische Beschädigungen oder gegen Spaltextrusion geschützt.
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Vorteile der Erfindung
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Ein Druckbegrenzungsventil nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es insbesondere gegenüber der Umgebung zuverlässiger abgedichtet ist. Reibungsbehaftete Relativbewegungen zwischen Dichtungen und Ventilgehäuse werden vermieden, so dass eine Betätigung des Schließglieds wenig Widerstand entgegensteht. Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil arbeitet folglich mit hoher Dynamik und ist weitgehend frei von Hysterese. An vorhandene Dichtungen tritt kein nennenswerter Verschleiß auf. Zudem sind die Dichtungen mechanisch abgestützt sowie gegen äußere Beschädigungen und vor Spaltextrusion geschützt.
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Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Unteransprüche geben spezifische Baumerkmale einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils an, welche es erlauben, diese Ausführungsvariante besonders bauraumsparend, aus möglichst wenig Einzelbauteilen und/oder zu günstigen Teile- und Montagekosten herzustellen.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert. Die einzige Figur stellt dazu ein erfindungsgemäß ausgebildetes Druckbegrenzungsventil im Längsschnitt dar.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil 10 mit einem von einem Gehäuseblock ausgebildeten Ventilgehäuse 12. Zur Ausbildung eines Ventilraums 11 ist in das Ventilgehäuse 12 eine Bohrung 14 eingebracht, die gemäß der Figur in horizontaler Richtung verläuft und in ihrem Innendurchmesser mehrfach abgestuft ist. Beispielhaft sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel vier Bohrungsabschnitte 14a–d unterschiedlich großer Innendurchmesser vorgesehen. Der durchmessergrößte Bohrungsabschnitt 14a ist zu einer Außenseite des Gehäuseblocks hin offen und der im Durchmesser kleinste Bohrungsabschnitt 14d endet sacklochartig im Inneren des Gehäuseblocks. Die Bohrung 14 lässt sich somit auch als Sacklochbohrung ausführen.
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Quer zur gestuften Bohrung 14 verlaufende Kanäle 16, 18 sind am Gehäuseblock ausgebildet. Diese münden in den, von außen nach innen gezählt, zweiten bzw. vierten Bohrungsabschnitt 14b, 14d ein und enden dort. Der in den zweiten Bohrungsabschnitt 14b mündende Kanal 18 ist vorgesehen um das Druckbegrenzungsventil 10 mit dem Sauganschluss einer nicht gezeichneten Pumpe, insbesondere einer Zahnradpumpe, zu verbinden, während der in den vierten Bohrungsabschnitt 14d mündende Kanal 18 dafür bestimmt ist, das Druckbegrenzungsventil 10 mit einem, ebenfalls in der Figur nicht erkennbaren, Bremskreisanschluss eines Hauptbremszylinders zu kontaktieren. Pumpe und Hauptbremszylinder sind Bestandteile einer fluidbetätigten schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage.
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Zwischen dem zweiten Bohrungsabschnitt 14b und dem vierten Bohrungsabschnitt 14d befindet sich ein dritter Bohrungsabschnitt 14c, in dem ein Sitzkörper 20 aufgenommen ist. Am Sitzkörper 20 ist ein Ventilsitz 22 ausbildet, welcher von einem Schließglied 24 gesteuert wird. Dieses Schließglied 24 ist dazu in Richtung einer Längsachse X des Druckbegrenzungsventils 10 hin und her beweglich in der Bohrung 14 aufgenommen. Es umfasst einen Stößel 26, auf dem ein Schließkörper 28 angeordnet ist. Dieser Schließkörper 28 wirkt zur Steuerung des Druckbegrenzungsventils 10 mit dem Ventilsitz 22 zusammen und dient mit seinem Außenumfang gleichzeitig der Führung des Schließglieds 24 im vierten Bohrungsabschnitt 14d. Das dem geschlossenen Ende der Bohrung 14 zugewandte Ende des Stößels 26 bildet einen Teller 30 aus, welcher mit seinem Außenumfang eine zweite Führung für das Schließglied 24 im vierten Bohrungsabschnitt 14d ausbildet. Zwischen dem Teller 30 und dem Schließkörper 28 weist das Schließglied 24 einen auf den Stößel 26 aufgeschobenen Dichtungsring 32 auf, der einerseits stirnseitig am Teller 30 anliegt und gegenüberliegend dazu von einer Vorspannfeder 34 axial beaufschlagt ist. Die Vorspannfeder 34 ist dazu am Schließkörper 28 abstützt. Von der Vorspannfeder 34 wird der Schließkörper 28 gleichzeitig an einen Sicherungsring 36 angelegt, der in eine dafür vorgesehene Ringnut 38 am Umfang des Stößels 26 eingesetzt ist. Der Schließkörper 28 ist mit Spiel axial beweglich auf dem Stößel 26 angeordnet, und kann auf diese Weise Stöße dämpfen, wenn er in Folge einer Betätigung am Sitzkörper 20 anschlägt. Aus Gewichts- und Kostengründen kann der Schließkörper 28 aus Elastomer gefertigt sein. In diesem Falle weist der Schließkörper 28 an seinem dem Ventilsitz 22 zugewandten Ende einen separaten Anschlagring 40, vorzugsweise aus Metall, auf, welcher eine verschleißfreie Anlage des Schließkörpers 28 am Sicherungsring 36 gewährleistet.
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Zwischen dem geschlossenen Ende des vierten Bohrungsabschnitts 14d und der diesem Ende zugewandten Stirnseite des Tellers 30 des Stößels 26 ist eine Anlagefeder 42 abgestützt, welche das Schließglied 24 mit einer in der Figur nach links, in Richtung des Sitzkörpers 20 wirkenden Axialkraft beaufschlagt.
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Im ersten zur Umgebung hin offenen Bohrungsabschnitt 14a des Ventilraums ist ein Stopfen 44 aufgenommen, der vorzugsweise kraftschlüssig in diesem ersten Bohrungsabschnitt 14a befestigt ist. Der Stopfen 44 ist im Zentrum seiner im Inneren der Bohrung 14 liegenden Stirnfläche mit einer sacklochartigen, zum zweiten Bohrungsabschnitt 14b hin offenen Ausnehmung 46 versehen. In diese Ausnehmung 46 taucht ein topfförmiges Führungselement 48 mit einem offenen Endbereich abschnittsweise ein und wird dabei von der Wandung der Ausnehmung 46 axial verschiebbar geführt. Die Ausnehmung 46 des Stopfens 44 und das topfförmige Führungselement 48 schließen miteinander einen Aufnahmeraum 50 ein, in den eine Rückstellfeder 52 des Druckbegrenzungsventils 10 eingebaut ist. Dieser Aufnahmeraum 50 kann über eine nicht gezeichnete Öffnung, vorzugsweise im Stopfen 44 ausgebildet, zur Atmosphäre belüftet werden.
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Ein Übergang vom ersten Bohrungsabschnitt 14a zum zweiten Bohrungsabschnitt 14b ist als rechtwinklige Schulter 54 mit verrundeter Kante ausgebildet. An dieser Schulter 54 liegt eine Membran 56 an, die den gesamten Querschnitt des ersten Bohrungsabschnitts 14a überspannt und damit die weiter im Inneren des Ventilraums innenliegenden Bohrungsabschnitte 14b–d zur Umgebung hin abzudichtet. Die Membran 56 ist umfangseitig zwischen der im Inneren der Bohrung 14 liegenden Stirnfläche des Stopfens 44 und der Schulter 54 eingespannt und ist damit ortsfest am Ventilgehäuse 12 angebracht. Die Membran 56 ist hutförmig ausgeführt und umgibt mit einem, in den zweiten Bohrungsabschnitt 14b hineinragenden schaftartigen Mittenabschnitt das geschlossene Ende des Führungselements 48 abschnittsweise. Vorzugsweise besteht zwischen der Membran 56 und dem Führungselement 48 ein Stoff- und/oder Kraftschluss. Die Membran 56 ist stromabwärts des Ventilsitzes 22 angeordnet und wird ventilsitzseitig hydraulisch druckbeaufschlagt.
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Der Stößel 26 des Schließglieds 24 ist durch den Ventilsitz 22 des Sitzkörpers 20 hindurchgeführt und ragt ebenfalls bis in den zweiten Bohrungsabschnitt 14b hinein. Von der Anlagefeder 42 im vierten Bohrungsabschnitts 14d wird der Stößel 26 mit seiner der Membran 56 zugewandten Stirnfläche lose an der Membran 56 angelegt. Der Stößel 26 ist demnach einerseits von der Kraft der Rückstellfeder 52 und andererseits von der Federkraft der Anlagefeder 42 beaufschlagt. Zwischen den Federkräften herrscht Kräftegleichgewicht, obwohl auslegungsbedingt die Anlagefeder 42 eine kleinere Federkonstante als die Rückstellfeder 52 aufweist.
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Funktionsweise des beschriebenen Druckbegrenzungsventils 10:
In der Grundstellung des Druckbegrenzungsventils 10 befindet sich das Schließglied 24 in einer Position bei der der Schließkörper 28 vom Ventilsitz 22 abgehoben ist. Über den geöffneten Ventilsitz 22 besteht zwischen dem ersten Kanal 16 und dem zweiten Kanal 18 eine nicht gedrosselte druckmitteldurchlässige Verbindung.
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Mit steigendem Druck in den Kanälen 16, 18 ändern sich die Kraftverhältnisse, da auf die Membran 56 eine zunehmende hydraulische Druckkraft einwirkt. Diese Druckkraft wirkt der Kraft der Rückstellfeder 52 entgegen und drückt diese zusammen. Führungselement 48 und Membran 56 bewegen sich gemeinsam gemäß der Figur nach links. Dieser Bewegung folgt das von der Anlagefeder 42 lose an der Membran angelegte Schließglied 24. Mit der Bewegung des Schließglieds 24 nähert sich der auf dessen Stößel 26 geführte Schließkörper 28 dem Ventilsitz 22 an und drosselt damit die Druckmittelströmung durch den Ventilsitz 22 an. Die Drosselwirkung hat zur Folge, dass sich in den Kanälen 16 und 18 unterschiedlich hohe Drücke einstellen, wobei das Druckniveau im stromabwärts des Ventilsitzes 22 befindlichen zweiten Kanals 18 sinkt. Über die zunehmende Druckdifferenz lässt sich der Druck stromabwärts des Ventilsitzes 22 begrenzen.
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Übersteigt das Druckniveau im stromaufwärts des Ventilsitzes 22 gelegenen Kanal 16 einen über die konstruktive Auslegung der Rückstellfeder 52, der Anlagefeder 42 und der Elastizität der Membran 56 festlegbaren Grenzwert, so gelangt das Schließglied 24 in seine Endstellung. In dieser liegt der vom Stößel 26 getragene Ventilkörper 28 am Ventilsitz 22 an und unterbricht die Druckmittelverbindung zwischen den Kanälen 16 und 18. Das Druckbegrenzungsventil 10 befindet sich in seiner Sperrstellung und der Druck stromabwärts des Ventilsitzes 22 kann sich nicht weiter verändern.
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Der stromabwärts des Ventilsitzes 22 liegende Kanal 18 ist, wie bereits erläutert, mit dem Eingang bzw. der Saugseite einer nicht dargestellten Pumpe verbunden. Mit dem Druckbegrenzungsventil 10 lässt sich demnach der an der Pumpe anliegende Druck begrenzen. Wird allerdings die Pumpe angetrieben, so saugt diese Pumpe Druckmittel an und im Kanal 18 sinkt der vorherrschende Druck ab. Die Membran 56 wird dadurch entlastet, wodurch der Rückstellfeder 52 eine geringere Druckkraft entgegenwirkt. Sie entspannt sich folglich und drückt das Führungselement 48 zusammen mit der Membran 56 nach rechts. Aufgrund dieser Bewegung entfernt sich der Schließkörper 28 des Schließglieds 24 vom Ventilsitz 22 und die drosselnde Wirkung auf den Druckmittelstrom wird reduziert. Eine zwischen den Drücken in den Kanälen 16 und 18 bestehende Druckdifferenz verringert sich.
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Selbstverständlich sind nicht beschriebene Änderungen oder Ergänzungen am Ausführungsbespiel möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
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Das Druckbegrenzungsventil 10 ist erfindungsgemäß gegenüber der Umgebung mittels einer ortsfest im Gehäuseblock angeordneten und durch ein Führungselement 48 abgestützten Membran 56 abgedichtet und das Schließglied 24 liegt durch die Kraft einer der Rückstellfeder 52 entgegen wirkenden Anlagefeder 42 lose an dieser Membran 56 an.
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Dadurch lassen sich selbst sehr hohe Drücke im Inneren des Ventilgehäuses 12 zuverlässig nach außen abdichten. Aufgrund der ortsfesten Anordnung und Führung der Membran 56 im Ventilgehäuse 12 ist diese gegen Beschädigungen und/oder vor einer Spaltextrusion geschützt. Eine derartige Abdichtung verursacht wenig Reibung, minimiert betriebsbedingten Verschleiß an der Dichtung und ermöglicht ein Druckbegrenzungsventil 10, dessen Betriebscharakteristik weitgehend frei von Hysterese ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008002539 A1 [0002]
