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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilgehäuse, wenigstens einem Kolben, mindestens einem Stützelement und zumindest einer Feder, mit den Merkmalen:
- - der Kolben und das Ventilgehäuse sind zueinander koaxial auf einer gedachten Ventilachse angeordnet, wobei die Ventilachse in eine erste axiale Richtung sowie in eine zur ersten axialen Richtung entgegengesetzte zweite axiale Richtung ausgerichtet ist,
- - der Kolben ist gegen Federkräfte der Feder axial beweglich in dem Ventilgehäuse aufgenommen, wobei die Feder zumindest in die erste axiale Richtung an dem Stützelement und in die zweite axiale Richtung an dem Kolben abgestützt ist,
- - in dem hohlzylindrischen Ventilgehäuse eine Umfangsnut ausgebildet ist, welche in radialer Richtung, d. h., in quer zur Ventilachse gerichtete Richtungen, eine radiale Tiefe aufweist,
- - das Stützelement in die radialen Richtungen in die Umfangsnut eingreift und in der Umfangsnut an dem Ventilgehäuse abgestützt ist,
- - dass das Stützelement und das Ventilgehäuse über wenigstens eine Formschlussverbindung aneinander gesichert sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Ventil der Gattung ist als sogenanntes Zweistufen-Rückschlagventil in
DE 10 2007 035 706 A1 beschrieben. Dieses Ventil weist ein Ventilgehäuse, ein als Endplatte bezeichnetes Stützelement zwei Kolben und zwei Druckfedern auf. Einer der Kolben ist ein aus einem Kolbengehäuse und aus einem Stößel zusammengesetzter Kolben, der über die eine der Druckfedern axial an der Endplatte abgestützt ist. Dieser Kolben verschließt in einer Ruhestellung eine frontseitig koaxial zur Ventilachse in dem Ventilgehäuse ausgebildete Einlassöffnung. Dieser Kolben selbst ist auch mit einem Ventilsitz und demzufolge einer Öffnung versehen, die in der Ruhestellung durch den zweiten aus einer Kugel bestehenden Kolben verschlossen ist. Die Kugel ist über eine zweite Druckfeder an dem Stößel axial abgestützt. Das Ventilgehäuses hülsenförmig ausgebildet und frontseitig mit der Einlassöffnung versehen. Rückseitig am offenen Ende sitzt die Endplatte, die mehrere Durchgangslöcher aufweist. Die Durchgangslöcher bilden die Auslassöffnung des Ventils. Die als Stützelement ausgebildete Endplatte ist in einer Umfangsnut des Ventilgehäuses befestigt. Die Umfangsnut wurde durch Einwalzen der Endplatte erzeugt. Das dazu notwendige Verfahren ist relativ aufwendig. Es besteht die Gefahr, dass aufgrund der hohen Umformkräfte das Ventil beim Einwalzen verformt und der Ventilsitz dementsprechend nachteilig beeinflusst wird.
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Eine Vorrichtung mit einem aus einem massiven Gehäuse, einem massiven Kolben, einer Druckfeder und aus einem scheibenförmigen Stützelement gebildeten Ventil ist in
EP 03 01 5018 A1 beschrieben. Das massive Gehäuse weist frontseitig eine Eingangsöffnung auf. Der Ausgang des Ventils ist rückseitig, wobei der Durchlassquerschnitt über Öffnungen in dem Stützelement vorgegeben ist. Das Ventil sitzt in einem Gehäuse und ist axial über eine gegen die Rückseite des Ventils vorgespannte Platte bzw. Gehäusehälfte im Ventilsitz gesichert. Ein derartig massiv ausgebildetes Ventil ist aufgrund seiner vorwiegend spanabhebenden Bearbeitung relativ teuer. Darüber hinaus ist der Materialverbrauch zur Herstellung groß und das Gewicht des Ventils ist relativ hoch.
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Ventile der Gattung werden auf unterschiedlichste Weise im Gehäuse gesichert.
DE 10 2007 002 445 A1 zeigt ein Ventil, das mittels einer Schweißverbindung im Gehäuse gesichert ist. Eine derartige Sicherungstechnik setzt schweißbares Material des Gehäuses und des Ventils bzw. eines Sicherungselements voraus. Deswegen ist eine derartige Verbindung, wenn das Ventil beispielsweise in ein Gehäuse eines Fahrzeuggetriebes aus einer Aluminiumlegierung eingesetzt ist, nur schwer ausführbar. Darüber hinaus kann eine Schweißverbindung aufgrund des dabei stattfindenden Wärmeeintrags und gegebenenfalls aufgrund von Schweißspritzern nicht in jedem Falle gewählt werden. Andere Ventile werden eingeschraubt, so wie dies in
US 2 590 244 A offenbart ist. Eine derartige Sicherung setzt eine relativ aufwändige Vorbereitung des Ventilsitzes voraus, da auch in die Bohrung für den Ventilsitz im Gehäuse ein Gewinde eingebracht werden muss.
DE 197 39 904 A1 zeigt ein Ventil, das durch eine Verstemmung axial im Ventilsitz gesichert ist. Bei der Herstellung der Verstemmung wird mit einem Stempel plastisch Material aus dem Gehäuse verdrängt und gegen die Rückseite des Ventils gedrückt. Besondere Anforderungen an die Herstellung und Montage bestehen bei den Ventilen, deren Ventilkörper auch quer zur Ventilachse gerichtete Zu- oder Abflussöffnungen aufweist. Ein derartiges Ventil ist in
DE 10 2015 211 599 A1 offenbart. Bei derartigen Ventilen ist häufig eine gerichtete Montage notwendig, damit die quer gerichteten Öffnungen des Ventilkörpers und die der dazugehörigen Kanäle im Gehäuse miteinander durchlässig in Übereinstimmung gebracht werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil zu schaffen, mit dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und durch welches die genannten Anforderungen mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen umgesetzt werden können.
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Die Aufgabe ist mit einem dem Gegenstand des Anspruchs 1 entsprechenden Ventil gelöst.
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Das Stützelement und das Ventilgehäuse sind mittels wenigstens zwei formschlüssig miteinander korrespondierenden Formschlußelementen wenigstens einer Formschlussverbindung gegen Verdrehen um die Ventilachse aneinander gesichert. Dabei ragt wenigstens eines der wenigstens zwei Formschlußelemente über die Umfangsnut hinaus. Wenn in Ventilen Druckfedern eingesetzt werden, kann durch diese beim Einfedern bzw. Auffedern eine schraubende Bewegung erzeugt werden.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch diese Formschlussverbindung ein Verdrehen des Stützelementes gegenüber dem Ventilgehäuse verhindert wird.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Formschlußelement der Formschlußelemente ein sich über die Abmessungen der Umfangsnut radial hinaus erstreckender erster Vorsprung des Stützelements ist. Der Vorsprung geht in radialer Richtung, d.h., quer zur Ventilachse, von einem scheibenförmigen Grundkörper des Stützelements ab. Stützelemente der beschriebenen Gattung sind als Massenware einfach und kostengünstig herstellbar. Die Integration mindestens eines Vorsprungs für die Formschlussverbindung in das Stützelement ist damit kostengünstig.
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Mit einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Vorsprung durch die Umfangsnut hindurch und eine Wand des Ventilgehäuses zumindest in radialer Richtung, d.h. quer zur Ventilachse, hineinragt. Eine derartige Maßnahme vereinfacht den Zuschnitt des Stützelements bei dessen Herstellung, da der Vorsprung in der gleichen Schnittebene liegt wie diejenigen anderen Formschlußelemente, welche in die Umfangsnut eingreifen. So kann mit Sicht auf eine weitere Ausgestaltung der Erfindung das Stützelement radial außen in Umfangsrichtung wenigstens drei Vorsprünge aufweisen, von welchen einer der erste Vorsprung ist und von welchen die anderen zweiten Vorsprünge und in der Umfangsnut verrastet sind. Das Stützelement ist analog eines Zackenrings ausgeführt und weist einen scheibenförmigen Grundkörper auf, von dem wenigstens drei der Vorsprünge gleich ausgeführt und später im Ventil in der Umfangsnut verankert sind. Ein weiterer Zacken ist der Vorsprung zur Sicherung in der Formschlussverbindung. Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, dass mindestens ein Formschlußelement der Formschlußelemente eine Ausnehmung in dem Ventilgehäuse ist. Eine derartige Ausnehmung lässt sich einfach und kostengünstig bei der spanlosen Herstellung des Ventilgehäuses, welche wahlweise durch Ziehen, Prägen, Biegen und Stanzen bzw. durch eine Kombination dieser Verfahren charakterisiert ist, einbringen. Der erste Vorsprung greift formschlüssig in die Ausnehmung ein.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Vorsprung durch die Umfangsnut hindurch und durch eine Wand des Ventilgehäuses über die Außenkontur des Ventilgehäuses hinausragt. Der Vorsprung kann beispielsweise in einer weiteren Formschlussverbindung auf diese Weise beim späteren Einbau in ein Fahrzeuggetriebe zur Lageorientierung und/oder zur Lagesicherung des Ventils eingesetzt werden. Mit anderen Worten, nur ein Vorsprung dient vorteilhaft gleichzeitig in zwei Formschlußverbindungen als Sicherungselement.
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Die Erfindung sieht in dem zuvor genannten Zusammenhang eine Vorrichtung zur Regelung von Drücken eines Strömungsmittels in einem Fahrzeuggetriebe vor. Die Vorrichtung ist aus einem Abschnitt eines Getriebebauteils, aus zumindest einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal sowie aus dem Ventil gebildet und weist eine Vorrichtung zur Sicherung des Ventils bzw. lageorientierten Montage in dem Getriebebauteil auf. Der erste Kanal führt in dem Abschnitt des Getriebebauteils zu der ersten Öffnung und die zweite Öffnung mündet in den zweiten Kanal. Der an dem Stützelement ausgebildete Vorsprung durchgreift radial das Ventilgehäuse, greift dabei formschlüssig in eine Ausnehmung des Ventilgehäuses ein, ragt über die Außenkontur des Ventilgehäuses radial hinaus und über die Innenkontur des Ventilsitzes im Getriebebauteil radial hinaus in eine Ausnehmung des Getriebebauteils hinein. Die Vorrichtung zur Sicherung eines Druckausgleichsventils im Getriebebauteil ist dabei lediglich durch den Vorsprung und die Ausnehmung gebildet und somit sehr einfach und kostengünstig herzustellen.
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Durch die lageorientierte Montage ist zum Beispiel sichergestellt, dass die zweite Öffnung und der zweite Kanal exakt zueinander ausgerichtet werden. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn, wie mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, die erste Öffnung und der Kolbenboden koaxial der Ventilachse angeordnet und dabei aber die zweite Öffnung in dem Ventilgehäuse quer zur ersten Öffnung ausgerichtet ist. Die durch den ersten Vorsprung und die Ausnehmung gebildete Formschlussverbindung zwischen dem Ventil und dem Getriebebauteil ist vorteilhaft an einer der zweiten Öffnung gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses ausgebildet, welche zum Beispiel eine Längsnut in dem als Gehäuse oder Getriebewelle ausgebildeten Getriebebauteil ist.
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Die zweite Öffnung ist quer zur ersten Öffnung ausgerichtet und in ein aus Blech hergestelltes Ventilgehäuse, vorzugsweise durch Stanzen, eingebracht. Die zweite Öffnung erstreckt sich mit radialem Abstand zur Ventilachse in axialer Richtung. Die Mittenachse der Öffnung verläuft in radialer Richtung senkrecht zur Ventilachse. Das Ventilgehäuse lässt sich einfach und kostengünstig herstellen.
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Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ventils vorgesehen:
- - Das Ventilgehäuse wird aus Blech durch Kaltumformen und Stanzen hergestellt. Dabei wird ein hohlzylindrisches Bauteil geformt, welches an einem Ende offen ist. Das hohlzylindrische Bauteil ist im zylindrischen Bereich durch mindestens zwei Wandstärken beispielsweise an einer Ziehstufe charakterisiert. Dabei ist die Wandstärke am offenen Ende geringer als an dem darauf in Richtung des Ventilsitzes folgenden Wandabschnitt. Außerdem werden durch Stanzen die Ausnehmung für die Formschlussverbindung und die zweite Öffnung eingebracht und der Ventilsitz gestanzt und geprägt.
- - Der Wandabschnitt mit der geringeren Wandstärke an dem offenen Ende des Ventilgehäuses wird durch Rollieren oder Walzen radial in Richtung der Ventilachse so umgeformt, dass die Umfangsnut entsteht. Dabei ist die Umfangsnut axial in die eine Richtung durch den dickeren Wandabschnitt und am offenen Ende durch einen umgebogenen Abschnitt des dünneren Wandabschnitts begrenzt.
- - Nach der Herstellung des Ventilgehäuses und des Kolbens werden der Kolben und die Feder in das Ventilgehäuse eingeführt. Alternativ wird zuerst die Feder in den Kolben eingeführt, bis diese am Kolbenboden anliegt und dann wird der Kolben zusammen mit der Feder in das Ventilgehäuse eingesetzt.
- - Das Stützelement wird koaxial zum Ventilgehäuse so ausgerichtet, dass es der Öffnung für die Formschlussverbindung axial gegenüberliegt.
- - Das Stützelement wird in das Gehäuse eingesetzt. Dabei werden die Zacken des Stützelementes in die Umfangsnut des Ventilgehäuses eingeschnappt.
- - Einsetzen bzw. Einpressen des Ventilgehäuses in ein Getriebebauteil, beispielsweise in eine Getriebewelle oder in ein Getriebegehäuse.
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Der Kolben ist über den Kolbenmantel axial beweglich in dem Ventilgehäuse sowie radial in dem Ventilgehäuse zentriert geführt. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine im wesentlichen druckdichte und zugleich axial bewegliche Führung des Kolbens im Ventilgehäuse, insbesondere dann, wenn das Radialspiel, mit dem der Kolben radial im Gehäuse zentriert ist, sehr gering ist. Das Spiel beträgt zum Beispiel 30 µm. Die Gleitflächen, d. h., die Durchmesser der innenzylindrischen Fläche des Ventilgehäuses und der außenzylindrischen Fläche des Kolbens können beim Ziehen dieser Bauelemente spanlos aus Blech ohne spanabhebende Nachbearbeitung sehr genau eingestellt werden. Gegebenenfalls sind Gleitbeschichtungen auf den Oberflächen der Bauelemente vorteilhaft.
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Der Kolben ist gegen die Federkräfte der Feder aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung axial beweglich in dem Ventilgehäuse geführt. In der Schließstellung des Kolbens ist die erste Öffnung durch den Kolbenboden verschlossen und die zweite Öffnung zumindest teilweise durch den Kolbenmantel. In der Öffnungsstellung hat der Kolbenboden vom Ventilsitz abgehoben. Wenigstens eine Kante oder eine Kontur des Kolbens gibt dabei analog einer Steuerkante die zweite Öffnung frei, so dass eine für Strömungsmittel durchgängige Verbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung ausgebildet ist. Dabei ist das der ersten Öffnung axial gegenüberliegende offene Ende des Ventilgehäuses sowohl in der Schließstellung als auch in der Öffnungsstellung durch den Kolben vorbehaltlich eines durch Radialspiel bedingten Leckspalts gegenüber diesem Strömungsmittel abgedichtet.
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Schon bzw. noch in der Schließstellung ist die zweite Öffnung, die in diesem Fall eine Rückführöffnung ist, durch den Kolbenmantel nur teilweise verschlossen. Daraus ergibt sich, dass eine spaltförmige für die Strömungsmittel durchlässige Durchgangsöffnung der zweiten Öffnung in der Schließstellung nicht von dem Kolbenmantel verdeckt und nicht von dem Kolben verschlossen ist. Die spaltförmige Durchgangsöffnung ist zumindest in der Schließstellung durch einen Anteil des Kolbens und einen Rand der zweiten Öffnung begrenzt. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sofort nach Öffnen des Ventils ein für das Strömungsmittel durchlässiger Durchgang zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung ausgebildet ist und der Druck schnell reduziert wird. Das wirkt sich vorteilhaft bei der Auslegung der Feder aus.
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Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn zwischen dem Kolben und dem Ventilgehäuse ein Ringkanal ausgebildet ist, welcher sich unmittelbar an den Ventilsitz anschließt. Der Ringkanal kann durch die Gestaltung des Ventilgehäuses und des Kolbens beliebig ausgelegt werden. Der Ringkanal füllt sich unmittelbar nach dem Abheben des Kolbens vom Ventilsitz mit dem Strömungsmittel. Der Druck des Strömungsmittels wird dadurch an einer größeren Fläche des Kolbens umgesetzt.
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Die gleiche Wirkung wird auch erzielt, wenn der Kolbenboden und der Kolbenmantel mittels eines an dem Kolben ausgebildeten Übergangsabschnitts miteinander verbunden sind. Dabei ist durch den Übergangsabschnitt und durch einen dem Übergangsabschnitt gegenüberliegenden Abschnitt des Ventilgehäuses zumindest in der Schließstellung ein Ringkanal begrenzt.
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Es ist eine Kombination beider Maßnahmen vorgesehen. Dabei ist der Ringkanal bereits in der Schließstellung des Kolbens an der spaltförmigen Durchgangsöffnung zur zweiten Öffnung hin geöffnet.
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Aus den vorhergehend genannten Maßnahmen ergibt sich, dass der Druck, der zum Öffnen des Druckausgleichsventils notwendig ist, größer ist als der Druck, der in dem Ventil vorherrscht, wenn der Kolben vom Ventilsitz abgehoben hat. Der Vorteil einer derartigen Anordnung liegt darin, dass Werte für die Öffnungs-und Schließdrücke des erfindungsgemäßen Druckausgleichsventils konstant und prozeßsicher eingestellt werden können und der Druckausgleich innerhalb kürzester Zeit stattfindet.
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Das Druckausgleichsventil ist mit einem hülsenförmig ausgebildeten Ventilgehäuse versehen, welches durch einen zur Ventilachse konzentrisch ausgerichteten Hülsenmantel und einen radial in Richtung der Ventilachse ausgerichteten sowie um die erste Öffnung verlaufenden Rand aus dem Blech aufweist. Der Rand ist wahlweise mit einem separaten und an dem Rand befestigten Ventilsitz versehen oder der Ventilsitz ist direkt in den Rand aus Blech geprägt. Eine derartige Lösung lässt sich sehr kostengünstig herstellen. Eine kostenaufwändige spanabhebende Bearbeitung eines Ventilsitzes entfällt.
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Der Kolben ist hülsenförmig mit einem hohlzylindrischen Kolbenmantel und mit einem den Kolben an einer Seite verschließenden Kolbenboden ausgebildet, wobei die Feder axial von dem Kolbenmantel umgeben und axial innen im Kolben an dem Kolbenboden abgestützt ist. Der Kolben ist vorzugsweise aus Blech gefertigt. Der Kolbenboden ist entsprechend dünnwandig. Gegenüber massiv ausgebildeten Kolben steht mehr axialer und radialer Bauraum für die Feder zur Verfügung. Dadurch stehen bei der Auswahl und Auslegung der Feder, die auch aus mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Federn bestehen kann, mehr Möglichkeiten zur Verfügung.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und weitere Ausgestaltungen der Erfindung eines Ventils beschrieben. Das Ventil ist in diesem Fall als ein Druckausgleichsventil ausgeführt und in einer Vorrichtung zur Regelung von Drücken eines Strömungsmittels bzw. einer Vorrichtung zur Sicherung des Ventils bzw. Druckausgleichsventils näher erläutert.
- 1 zeigt eine Gesamtansicht eines als Druckausgleichsventil 1 ausgeführten Ventils 20.
- 2 zeigt eine Rückansicht des Druckausgleichsventil 1 nach 1.
- 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Druckausgleichsventils 1 in einem Längsschnitt entlang der Ventilachse 6 des Druckausgleichsventils 1, wobei der Kolben 3 des Druckausgleichsventils 1 sich in einer Schließstellung I befindet.
- 4 zeigt eine Vorrichtung 37 zur Regelung von Drücken eines Strömungsmittels in einem Fahrzeuggetriebe mit dem darin verbauten Druckausgleichsventil 1 nach 1 sowie einer Vorrichtung 50 zur Sicherung des Druckausgleichsventils 1 in einem Getriebebauteil 44. Die Vorrichtungen 37 und 50 sowie das Druckausgleichsventil 1 sind in einem Längsschnitt entlang der Ventilachse 6 des Druckausgleichsventils 1 dargestellt, wobei sich der Kolben 3 des Druckausgleichsventils 1 entsprechend der Darstellung nach 4 in einer Öffnungsstellung II in dem Ventilgehäuse 2 befindet.
- 5 zeigt ein Zwischenstadium eines erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem das Ventilgehäuse 2 als Einzelteil in einem Längsschnitt entlang der Ventilachse 6 und eine aus dem Kolben 3, der Feder 5 und dem Stützelement 4 gebildete Vormontageeinheit für eine weitere Montage abgebildet sind.
- 6 zeigt eine Gesamtansicht des Stützelements 4.
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1 - in der Gesamtansicht des Druckausgleichsventils 1 ist das Ventilgehäuse 2 mit einer ersten Öffnung 8, einer zweiten Öffnung 10 und hinter der zweiten Öffnung 10 teilweise ein Kolben 3 zu sehen.
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2, 3, 4 und 6 - an der Rückseite des Druckausgleichventils 1 sitzt ein Stützelement 4 in dem Ventilgehäuse 2. Das Stützelement 4 ist analog eines Zackenrings federelastisch ausgebildet und weist an einem Grundkörper 62 mehrere am Umfang verteilte zackenartig ausgebildete Vorsprünge 28 auf, welche in einer Formschlussverbindung 63 an dem Ventilgehäuse 2 axial gesichert sind. Die Formschlussverbindung 63 ist durch die Vorsprünge 28 und die Umfangsnut 21 gebildet, wobei die Vorsprünge 28 radial in die Umfangsnut 21 eingreifen, d.h., eingeschnappt sind. Darüber hinaus ist das Stützelement 4 mit einem Formschlußelement 22 in Form eines Vorsprungs 25 versehen, der in radialer Richtung durch eine in dem Ventilgehäuse 2 ausgebildete Ausnehmung 26 radial hindurch (siehe insbesondere 2) sowie über die Außenkontur 29 des Ventilgehäuses 2 hinaus hervorragt und mit dem Ventilgehäuse 2 eine Formschlussverbindung 24 sowie zugleich mit der Ausnehmung 43 eine Formschlussverbindung 48 bildet (siehe insbesondere 4). Das Stützelement 4 und das Ventilgehäuse 2 sind durch die Formschlussverbindung 24 aneinander gegen Verdrehen um die Ventilachse 6 und zugleich über die Formschlussverbindung 48 gegen Verdrehen des Ventilgehäuses 2 um die Ventilachse 6 gegenüber dem Getriebebauteil 44 (z.B. einer Getriebewelle oder einem Getriebegehäuse gegenüber) gesichert. Alternativ kann das Ventil 20 mithilfe einer Formschlussverbindung 48 axial in dem Getriebebauteil 44 festgelegt werden, wenn der über die Außenkontur 29 hinausragende Teil des Vorsprungs 25 axial an dem Getriebebauteil 44 gesichert wird.
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3 und 4 - Das Druckausgleichsventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2, einen Kolben 3, ein Stützelement 4 und eine Feder 5 auf. Das Ventilgehäuse 2 und der Kolben 3 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zu einer Ventilachse 6 angeordnet. Die Ventilachse 6 ist axial ausgerichtet. Der Kolben 3 ist axial beweglich aber radial eng mit wenig radialem Spiel in dem Ventilgehäuse 2 geführt und mit einem Kolbenmantel 9 sowie einen Kolbenboden 7 versehen. Das radiale Spiel beträgt vorzugsweise 30 µm. Der Kolbenmantel 9 ist hohlzylindrisch ausgebildet und koaxial zur Ventilachse 6 ausgerichtet und erstreckt sich von dem Kolbenboden 7 aus in Richtung des Stützelements 4. Die Feder 5 ist eine Druckfeder und axial in die eine Richtung an dem Kolbenboden 7 des Kolbens 3 und in die andere axiale Richtung an dem Stützelement 4 so abgestützt, dass die Feder 5 axial zwischen dem Kolbenboden 7 und dem Stützelement 4 eingespannt ist. Das Stützelement 4 greift Vorsprüngen 28 in eine Umfangsnut 21 des Ventilgehäuses 2 ein und ist dort durch die Federwirkung der Stützelemente fest abgestützt. Der Kolben 3 ist aus einer mit 3 dargestellten Schließstellung I gegen die Wirkung der Federkräfte der Feder 5 in eine mit 4 dargestellte Öffnungsstellung II beweglich.
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3 und 4 - Das hülsenförmig ausgebildete Ventilgehäuse 2 ist mit einer für Strömungsmittel durchlässigen ersten Öffnung 8 und an seinem Hülsenmantel 14 mit einer zweiten Öffnung 10 versehen. Die erste Öffnung 8 ist kopfseitig des Druckausgleichsventils 1 an dem Ventilgehäuse 2 ausgebildet, koaxial zur Ventilachse 6 angeordnet und senkrecht von der Ventilachse 6 durchstoßen. Die zweite Öffnung 10 ist quer zur ersten Öffnung 8 ausgerichtet, d. h., dass sich die zweite Öffnung 10 mit radialem Abstand zur Ventilachse 6 in axialer Richtung erstreckt. Die Mittenachse 53 der Öffnung 10 verläuft in radialer Richtung senkrecht zur Ventilachse 6. Ein Ventilsitz 17 ist am Rand 16 des Ventilgehäuses 2 an der ersten Öffnung 8 ausgebildet. Der Ventilsitz 17 weist vorzugsweise eine konkav nach innen gewölbte kalottenförmige Fläche auf, die mit einer konvexen Ringfläche 55 des Kolbens 3 korrespondiert. Dem Kolbenboden 7 schließt sich axial ein Übergangsabschnitt 11 an, an dem der Kolbenboden 7 in den Kolbenmantel 9 bzw. der Kolbenmantel 9 in den Kolbenboden 7 übergeht. Der Übergangsabschnitt 11 ist in Form einer Hohlkehle konkav-rinnenförmig ausgebildet und verbindet den Kolbenboden 7 mit dem Kolbenmantel 9. Der Abschnitt am Kolbenboden 7 weist einen kleineren Außendurchmesser auf als der Kolbenmantel 9. Die Ringfläche 55 schließt sich der Fläche 56 des Kolbenbodens 7 an und leitet in den Übergangsabschnitt über. Die Fläche 56 kann wie dargestellt eine flache Kreisfläche alternativ aber auch eine konvex oder konkav bzw. anderweitig dreidimensional strukturierte Fläche sein.
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3 - Der Kolben 3 ist in der Schließstellung I durch die Wirkung der Feder 5 axial gegen den Ventilsitz 17 vorgespannt und verschließt in dieser Position die erste Öffnung 8 mit dem Kolbenboden 7. Die Schließstellung I ist dementsprechend die Position des Kolbenbodens 7 zum Ventilsitz 17 im geschlossenen Zustand des Ventils 3. Dabei liegt die Ringfläche 55 dichtend an dem Ventilsitz 17 an. Die zweite Öffnung 10 ist in der Schließstellung I des Kolbens 3 größtenteils durch den Kolbenmantel 9 verschlossen, wobei jedoch eine für Strömungsmittel durchlässige spaltförmige Durchgangsöffnung 12 verbleibt. Die spaltförmige Durchgangsöffnung 12 ist dabei durch den Kolbenmantel 9 bzw. durch einen Übergangsabschnitt 11 des Kolbens 3 sowie einen Rand des Ventilgehäuses 2 an der zweiten Öffnung 10 begrenzt. Der Ventilraum 61, der sich rückseitig der Kolbenfläche 56 von dem Kolbenboden 7 aus bis zum Ende 60 des Ventils 20 erstreckt ist dabei gegenüber der ersten Öffnung 8 mittels des Kolbens 3 abgedichtet. Dabei ist ein zwischen dem Kolbenmantel 9 und dem Ventilgehäuse 2 aufgrund geringeren Radialspiels ausgebildeter Ringsspalt (Leckspalt) nicht berücksichtigt. In der Schließstellung I ist ein Ringkanal 13 zwischen dem Kolben 3 und dem Ventilgehäuse 2 ausgebildet, der durch den Übergangsabschnitt 11 am Kolben 3 und einem Abschnitt 15 des Ventilgehäuses 2 begrenzt wird. Der Abschnitt 15 erstreckt sich von dem Ventilsitz 17 aus zum hohlzylindrischen Hülsenmantel 14 des Ventilgehäuses 2. Der Ringkanal 13 ist an der spaltförmigen Durchgangsöffnung 12 offen und ansonsten umlaufend geschlossen.
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4 -Die Vorrichtung 37 zur Regelung von Drücken eines Strömungsmittels in einem Fahrzeuggetriebe ist aus wenigstens einem Abschnitt eines Getriebebauteils 44, einem ersten Kanal 41 einem zweiten Kanal 42, aus dem Druckausgleichsventil 1 sowie aus einer Vorrichtung 50 zur Sicherung des Druckausgleichsventils 1 in dem Getriebebauteil 44 gebildet. Das Druckausgleichsventil 1 sitzt in einer Durchgangsbohrung 57, deren Durchmesser gleich dem des ersten Kanals 41 oder größer bzw. kleiner als der erste Kanal 41 ist. Der erste Kanal 41 führt zur ersten Öffnung 8. Die zweite Öffnung 10 ist zu dem zweiten Kanal 42 so ausgerichtet, dass diese in den zweiten Kanal 42 mündet.
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Die Vorrichtung 50 zur Sicherung des Druckausgleichsventils 1 in dem Getriebebauteil 44 ist durch zwei Formschlusselemente 22 und 23, also durch den Vorsprung 25 des Stützelements 4 und durch eine Ausnehmung 26 im Ventilgehäuse 2 sowie durch eine Ausnehmung 43 in dem Getriebebauteil 44 gebildet. Der radiale Vorsprung 25 des Stützelements 4 greift formschlüssig in die Ausnehmung 26 im Ventilgehäuse 2 ein und bildet mit diesem eine Formschlussverbindung 24 so, dass das Stützelement 4 und das Ventilgehäuse 2 mittels der Formschlussverbindung 24 gegen Verdrehen aneinander gesichert sind. Darüber hinaus durchgreift der radiale Vorsprung 25 das Ventilgehäuse 2 durch die Ausnehmung 26 hindurch radial soweit, dass der radiale Vorsprung 25 in die Ausnehmung 43 des Getriebebauteils 44 formschlüssig eingreift und eine Formschlussverbindung 48 bildet. Über die Formschlussverbindung 48 ist das Ventil 20 somit gegen Verdrehen um die Ventilachse 6 in dem Getriebebauteil 44 gesichert. Die Ausnehmung 43 ist in diesem Fall beispielsweise eine Längsnut in einem als Gehäuse oder eine Getriebewelle ausgebildeten Getriebebauteil 44. Über die Positionen der Ausnehmung 43 und des Vorsprungs 25 ist darüber hinaus eine Vorrichtung zur lage- und positionsorientierten Montage des Ventils 20 in das Getriebebauteil 44 geschaffen. Durch diese Vorrichtung ist abgesichert, dass beim Einsetzen des Ventils 20 in die Durchgangsbohrung 57 die zweite Öffnung 10 und der zweite Kanal 42 zweifelsfrei zueinander ausgerichtet sind und eine für Strömungsmittel durchlässige Verbindung zwischen dem ersten Kanal 41 über das Ventil 20 zu dem zweiten Kanal 42 gewährleistet ist.
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3 und 4 - Es wird davon ausgegangen, dass das in 3 gezeigte Druckausgleichsventil 1 in Schließstellung I des Kolbens 3 in der Vorrichtung 37 verbaut ist. In dieser Stellung ist die durch den Druck eines Strömungsmittels im ersten Kanal 41 auf die Fläche 56 des Kolbenbodens ausgeübte Kraft kleiner oder gleich einer im Inneren des Druckausgleichsventils 1 auf die Rückseite des Kolbenbodens 7 wirkenden Gegenkraft. Die Gegenkraft ist ein Ergebnis der durch einen Gegendruck im Inneren des Druckausgleichsventils 1 erzeugten Kraft an der Rückseite des Kolbenbodens 7 und vornehmlich der auf die Rückseite des Kolbenbodens 7 ausgeübten Federkraft der zwischen dem Kolbenboden 7 und dem Stützelement 4 eingespannten Feder 5.
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4 - Wenn der Druck im ersten Kanal 41 soweit ansteigt, dass die dadurch auf die Fläche 56 des Kolbenbodens 7 die Gegenkraft übersteigt, bewegt sich der Kolben 3 axial in Richtung des Stützelements 4 in die Öffnungsstellung II und gibt den Ventilsitz 17 frei. Die Öffnungsstellung II ist dem Nacht die Position des Kolbens 3, in der die erste Öffnung 8 durch den Kolben freigegeben ist. Das Strömungsmittel strömt durch einen so frei gegebenen und mit dem dicken Pfeil markierten Durchlass 18 über die erste Öffnung 8 durchs Innere des Druckausgleichsventils 1 über die zweite Öffnung 10 in den zweiten Kanal 42. Dabei dichtet der Kolben 3, vorbehaltlich eines durch das Radialspiel vorgegebenen Leckspalts, die Rückseite des Druckausgleichsventils 1 an seinem offenen Querschnitt 61 des Endes 60 auch ab.
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5 - Das Ventilgehäuse 2 und der Kolben 3 sind hülsenförmigen Bauelemente, die vorzugsweise aus flachem Blechmaterial kalt geformt, d. h., gezogen und gestanzt werden. Das Ventilgehäuse 2 wird zunächst als ein Napf gezogen. Der Napf weist anfangs einen geschlossenen Boden und nach dem Ziehen gegebenenfalls einen Rand auf, der das offene Ende 60 des Napfes wie die Krempe eines Hutes umgibt. Dabei weist die Hülse innen zwei zylindrische Bereiche auf. Eine der zylindrischen Bereiche beschreibt die Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses 2, an der der Kolben 3 radial zentriert und axial beweglich geführt ist. Der zweite zylindrische Bereich beschreibt ein Zwischenstadium des Verfahrens. Der Durchmesser dieses zylindrischen Bereichs ist größer als der der vorgenannten Innenumfangsfläche. Die Wandstärke der Hülse ist in diesem Bereich am offenen Ende 60 der Hülse bzw. des Ventilgehäuses 2 entsprechend dünner. Bei der Fertigstellung des Ventilgehäuses 2 wird dessen Boden gelocht und geprägt, dass die erste Öffnung 8 mit dem Ventilsitz 17 entsteht. Die zweite Öffnung 10 wird quer gelocht. Außerdem wird die Ausnehmung 26 für den Eingriff des Formschlußelements 22 ausgeschnitten. Das offene Ende 60 der Hülse wird gegebenenfalls beschnitten, wobei der anfangs erwähnte Rand, der der Krempe eines Hutes gleicht, abgeschnitten wird. Dadurch entsteht eine durchgängig außenzylindrische Außenkontur 29 des Ventilgehäuses 2. Beim Beschneiden des Endes 60 eventuell entstehender Schnittgrat wird beim Formen einer Fase 49 egalisiert, durch die der anfangs zylindrische Bereich 19 mit dem größeren Innendurchmesser verformt wird. Die Fase 49 wird durch Bördeln bzw. Umlegen des zweiten Bereichs 19 am offenen Ende 60 der Hülse erzeugt, wobei außen die Fase 49 und innen die Umfangsnut 21 geformt wird.
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Der Kolben 3 wird bei seiner Herstellung zunächst als ein Napf gezogen. Dabei werden die konvexe Ringfläche 55 geprägt und der sich dem Kolbenboden 7 axial anschließende Übergangsabschnitt 11 gezogen. An dem Übergangsabschnitt 11 geht der Kolbenboden 7 in den Kolbenmantel 9 bzw. der Kolbenmantel 9 in den Kolbenboden 7 über. Dabei weist der Napf am offenen Ende gegebenenfalls in einem Zwischenstadium des Herstellverfahrens einen Rand in der Art der Krempe eines Hutes und einen anfangs hohlzylindrischen Bereich 58 auf, dessen Wandstärke geringer ist als die des Kolbenmantels 9. Aus dem hohlzylindrischen Bereich 58 wird eine Fase 59 geformt, durch welche sichergestellt ist, dass keine scharfen Kanten oder Überstände am offenen Ende des Kolbens 3 nach dessen Herstellung verbleiben. So wird zum Beispiel beim Beschneiden des offenen Endes und Entfernen des Randes gegebenenfalls entstehender Schnittgrat beim Formen einer Fase 59 des Kolbens 3 egalisiert.
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Anhand der 5 dargestellten Konstellation kann also Verfahren zur Herstellung eines Ventils 20 mit folgenden Schritten nachvollzogen werden:
- - Herstellung des Ventilgehäuses 2 aus Blech durch Kaltumformen und Stanzen als ein hohlzylindrisches Bauteil, welches zumindest an einem Ende 19 offen ist. Beim Kaltumformen wird ein um eine Symmetrieachse 6 des Ventilgehäuses 2 umlaufender Wandabschnitt 27 an dem offenen Ende 19 erzeugt. Diese radial gerichtete Wandstärke S1 ist kleiner, als die Wandstärke S2 eines auf den Wandabschnitt 27 axial in Richtung der ersten Öffnung 8 folgenden und zur Ventilachse 6 hohlzylindrischen Hülsenmantels 14 des Ventilgehäuses 2. Beim Stanzen wird eine Ausnehmung 26 in das Ventilgehäuse 2 eingebracht, die maßgeblich Bestandteil der Formschlussverbindung ist.
- - Formen der Umfangsnut 21, wobei der Wandabschnitt 27 an dem offenen Ende 19 durch Rollieren oder Bördeln so radial nach innen gebogen wird, dass eine zur Symmetrieachse hin offene Umfangsnut 21 an dem Ventilgehäuse 2 gebildet wird. Die Umfangsnut 21 ist in beliebigen gedachten und dabei entlang der Ventilachse 6 geführten Längsschnitten durch das Ventilgehäuse 2 axial in die eine Richtung durch Körperkanten des Hülsenmantels 14 und in die andere axiale Richtung durch das in Richtung der Symmetrieachse gebogene freie Ende 19 begrenzt.
- - Zentrieren der Feder 5 auf dem napfförmigen Grundkörper 62 des Stützelements 4,
- - Einsetzen des Kolbens 3 in das Ventilgehäuse 2, Einbringen der Feder 5 und dabei Ausrichten des Stützelements 4 zur Ventilachse 6 und dabei Ausrichten wenigstens des als Vorsprung 25 ausgebildeten Formschlußelements 22 zu dem als die Ausnehmung 26 ausgeführten zweiten Formschlußelement 23;
- - Einpressen des Stützelements 4 in das Ventilgehäuse 2 und dabei Befestigung des Stützelements 4 durch Einschnappen in die Umfangsnut 21.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckausgleichsventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Kolben
- 4
- Stützelement
- 5
- Feder
- 6
- Ventilachse
- 7
- Kolbenboden
- 8
- erste Öffnung
- 9
- Kolbenmantel
- 10
- zweite Öffnung
- 11
- Übergangsabschnitt
- 12
- spaltförmige Durchgangsöffnung
- 13
- Ringkanal
- 14
- Hülsenmantel
- 15
- Abschnitt des Ventilgehäuses
- 16
- Rand
- 17
- Ventilsitz
- 18
- Durchlass
- 19
- Bereich
- 20
- Ventil
- 21
- Umfangsnut
- 22
- erstes Formschlußelement
- 23
- zweites Formschlußelement
- 24
- Formschlussverbindung
- 25
- Vorsprung
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Wandabschnitt
- 28
- Vorsprung des Stützelements
- 29
- Außenkontur des Ventilgehäuses
- 37
- Vorrichtung
- 41
- erster Kanal
- 42
- zweiter Kanal
- 43
- Ausnehmung
- 44
- Getriebebauteil
- 48
- Formschlussverbindung
- 49
- Fase
- 50
- Vorrichtung
- 53
- Mittenachse
- 55
- Ringfläche
- 56
- Fläche
- 57
- Durchgangsbohrung
- 59
- Fase
- 60
- Ende
- 61
- Ventilraum
- 62
- Grundkörper
- 63
- Formschlussverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007035706 A1 [0002]
- EP 03015018 A1 [0003]
- DE 102007002445 A1 [0004]
- US 2590244 A [0004]
- DE 19739904 A1 [0004]
- DE 102015211599 A1 [0004]
