-
Die Erfindung betrifft ein Differenzdruckschaltventil mit einem Gehäuse, einem Schließglied, welches im Gehäuse axial verschiebbar angeordnet ist, einem Ventilsitz, gegen den das Schließglied ab einer auf das Schließglied wirkenden definierten Druckdifferenz anliegt, und einer Feder, über die das Schließglied in eine vom Ventilsitz wegweisenden Richtung und gegen eine Anschlagfläche am Gehäuse belastet ist.
-
Derartige Differenzdruckschaltventile werden auch als normal offene Rückschlagventile bezeichnet und dienen dazu in ihrem Normalzustand bis zu einer bestimmten Druckdifferenz einen Kanal zu drosseln und ab einer definierten, in einer der möglichen Durchströmungsrichtungen anliegenden Druckdifferenz diesen Kanal zu schließen, während er in der anderen Durchströmungsrichtung stetig geöffnet bleibt.
-
Derartige Ventile können beispielsweise verwendet werden, um einen unerwünschten Druckabbau aus einer Arbeitskammer aufgrund von nicht erwünschten Druckschwankungen zu verhindern. Eine Füllung der Arbeitskammer, welche beispielsweise eine über ein Magnetventil befüllbare oder entleerbare hydraulische Arbeitskammer einer Ölpumpe oder eines hydraulisch betätigten Linearstellers für einen variablen Ventiltrieb sein kann, kann entsprechend in der stetig offenen Zuströmrichtung immer erfolgen. Auch kann ein geregeltes Abströmen aus dieser Arbeitskammer durchgeführt werden. Es kann jedoch ein Abströmen aus einer solchen Arbeitskammer bei einem plötzlichen starken Druckaufbau verhindert werden. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn eine hydraulische Verstellung an einem variablen Ventiltrieb erfolgt, auf dessen Linearsteller durch die Nockenbewegung ein großer Druck aufgebaut wird, der nicht zu einer Verstellung des Linearstellers führen darf. Ein sonst folgendes Herausdrücken eines Hydraulikfluids aus der Arbeitskammer des Linearstellers kann durch ein derartiges Differenzdruckschaltventil zuverlässig verhindert werden.
-
Eine andere Anwendung eines solchen Ventils wird in der
US 4,414,924 offenbart, die ein Wasser- und Luftansaugsystem für einen Verbrennungsmotor beschreibt, bei dem ein Differenzdruckschaltventil genutzt wird, um das Mischungsverhältnis zwischen der Luft und dem Wasser einzustellen. Dabei wird bei hohem Unterdruck im Saugrohr, der Lufteinlass am Differenzdruckschaltventil geschlossen, so dass nur Wasser angesaugt wird.
-
Des Weiteren ist aus der
CN 201047270 Y ein normalerweise offenes Differenzdruckschaltventil für ein Bohrwerkzeug bekannt, dessen Schließglied durch eine Feder von einem Ventilsitz weggedrückt wird. Während normaler Bohrvorgänge gibt das Schließglied entsprechend unter der Wirkung der Federkraft die konisch geformte Durchgangsbohrung frei und öffnet den Fluidströmungskanal, so dass das Bohrlochfluid normal zirkulieren kann. Wenn jedoch der Druck im Bohrloch zu groß wird und einen definierten Schwellwert überschreitet, drückt der Druck im Bohrloch das Schließglied gegen den Ventilsitz und schließt den Fluidströmungskanal, um Schäden am Bohrwerkzeug zu verhindern.
-
Diese bekannten Ventile weisen den Nachteil auf, dass eine genaue Einstellung des Schließdruckes schwierig ist, beziehungsweise nur durch Änderung der Federstärken möglich ist. Des Weiteren benötigen die bekannten Differenzdruckschaltventile einen zu großen Bauraum, um beispielsweise in die Ölleitungen in einem Zylinderkopf eingesetzt werden zu können. Auch muss insbesondere bei der Anwendung für einen Linearsteller eines variablen Ventiltriebs einerseits ein ausreichend schnelles Abführen des Hydraulikfluids möglich sein und dennoch bei Druckspitzen ein zuverlässiges Schließen erfolgen.
-
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Differenzdruckschaltventil zur Verfügung zu stellen, welches sehr wenig Bauraum benötigt und welches einfach an geforderte Schaltdrücke anpassbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Differenzdruckschaltventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
-
Ein erfindungsgemäßes Differenzdruckschaltventil weist ein Gehäuse sowie ein Schließglied auf, welches im Gehäuse axial verschiebbar angeordnet ist. Dieses Schließglied liegt gegen den Ventilsitz an, sobald eine definierte Druckdifferenz auf das Schließglied wirkt. Bei geringerer Druckdifferenz oder in entgegengesetzter Richtung wirkender Druckdifferenz wird ein Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz und dem Schließglied freigegeben. Des Weiteren ist im Gehäuse eine Feder angeordnet, über die das Schließglied in eine vom Ventilsitz wegweisenden Richtung und gegen eine Anschlagfläche am Gehäuse belastet ist, so dass diese Feder als Gegenkraft zur Druckdifferenz oder verstärkend zur Druckdifferenz wirkt. Das Schließglied weist erfindungsgemäß eine planare Anlagefläche auf, mit der das Schließglied im geöffneten Zustand des Differenzdruckschaltventils flächig gegen die Anschlagfläche anliegt, wobei die Anlagefläche kleiner ist als die Querschnittsfläche innerhalb des Ventilsitzes. Unter der Querschnittsfläche innerhalb des Ventilsitzes wird die Fläche verstanden, welche bei einem Schnitt senkrecht zur Mittelachse des Differenzdruckschaltventils und damit zur Mittelachse des Ventilsitzes radial innerhalb des Ventilsitzes angeordnet ist. Unter der Anlagefläche ist immer die Fläche zu verstehen, an der das Schließglied an der Anschlagfläche so anliegt, dass an dieser Fläche kein Strömungsdruck wirken kann. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Differenzdruckschaltventils wird somit eine definierte Fläche zur Verfügung gestellt, auf welche der Druck im Differenzdruckschaltventil wirkt. Ein gegen diese Fläche wirkender Druck erzeugt somit eine Kraft, die immer entgegen der Kraft der Feder gerichtet ist. Somit kann durch Anpassung der Größe der Anlagefläche ohne weitere Änderung des Aufbaus des Ventils eine unterschiedliche Schließkraft eingestellt werden, ab der das Schließglied durch den anliegenden Druck gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Die Wirkfläche wird dabei durch die Differenz des freien Querschnitts radial innerhalb des Durchströmungsspaltes zwischen Ventilsitz und Schließglied und der Anlagefläche bestimmt.
-
Vorzugsweise weist das Gehäuse einen Deckel mit Durchströmungsöffnungen auf, der an einem das Schließglied radial umgebenden Hauptgehäuseteil befestigt ist und an dem die Anschlagfläche ausgebildet ist. Es ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau des Ventils, was gleichzeitig die Realisierung eines sehr kleinen Bauraums ermöglicht. Der Deckel kann auf beliebige Weise am Hauptgehäuseteil befestigt werden. Hier sind sowohl stoffschlüssige als auch kraftschlüssige Verbindungen denkbar. Das Schließglied kann zuvor einfach von oben in das Hauptgehäuseteil eingelegt werden. Durch Herstellen der Verbindung und damit Aufsetzen des Deckels auf das Hauptgehäuseteil und damit auch gegen das Schließglied, wird gleichzeitig die Feder im Hauptgehäuseteil vorgespannt.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ventilsitz an einem axialen Ende eines sich axial in das Innere des Hauptgehäuseteils erstreckenden, ringförmigen Vorsprung ausgebildet. Somit wird auch zur Verwirklichung des Ventilsitzes kein zusätzlich zu montierendes Bauteil benötigt, wodurch die Herstellung vereinfacht wird. Das Hauptgehäuseteil mit Ventilsitz kann einteilig durch Spritzgießen hergestellt werden.
-
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist der ringförmige Vorsprung von der Feder umgeben. So wird ohne zusätzliche Bauteile eine Führung der Feder verwirklicht, die ein Verschieben oder Knicken der Feder verhindert und andererseits auch eine symmetrische Krafteinwirkung der Feder auf das Schließglied sichergestellt, so dass dieses rein axial belastet wird, wodurch ein Verkanten des Schließgliedes im Hauptgehäuseteil verhindert wird.
-
Vorzugsweise ist im druckausgeglichenen Zustand des Schließgliedes ein ringförmiger Durchströmungsspalt zwischen dem Ventilsitz und dem Schließglied ausgebildet, dessen Querschnitt geringer ist als ein Durchströmungsquerschnitt der stromaufwärtigen Kanäle und der stromabwärtigen Kanäle. Auf diese Weise wirkt das Schließglied mit dem Ventilsitz als Drossel, durch welche ein definierter Fluidstrom beispielsweise in einer Ölleitung im geöffneten Zustand festgelegt werden kann.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Ventilsitzfläche des Schließgliedes, mit dem das Schließglied im geschlossenen Zustand des Schließgliedes auf dem Ventilsitz aufliegt, kegelstumpfförmig ausgebildet ist und der korrespondierende Ventilsitz durch eine radial innere Kante eines planaren Endes des ringförmigen Vorsprungs gebildet ist. So ergibt sich im geschlossenen Zustand eine Linienberührung zwischen dem Ventilsitz und dem Schließglied, welches sich automatisch beim Aufsetzen auf den Ventilsitz zu diesem ausrichtet. So entsteht zuverlässig ein dichter Verschluss des Durchströmungsquerschnitts, sobald der definierte Schließdruck wirkt.
-
In einer bevorzugten Ausbildung weist das Schließglied einen zylindrischen Führungsabschnitt auf, der unmittelbar radial gegenüberliegend zu zumindest drei Führungsrippen angeordnet ist, die sich von einer radial begrenzenden Wand des Hauptgehäuseteils nach radial innen erstrecken und entlang derer das Schließglied axial bewegbar ist. Dabei kann der Führungsabschnitt entweder radial gegen die Führungsrippen anliegen, wobei eine Gleitbewegung in axialer Richtung entlang der Führungsrippen möglich ist, oder es kann ein geringer Abstand in der Größe einer Spielpassung zu den Rippen vorgegeben sein, so dass lediglich ein Kippen des Schließgliedes verhindert wird. Ein Verschieben des Schließgliedes zum Ventilsitz wird ebenfalls verhindert.
-
In einer hierzu weiterführenden Ausführung umgeben die Führungsrippen und/oder eine Innenwand des Hauptgehäuseteils die Feder radial. Entsprechend dienen diese gleichzeitig auch zur Zentrierung der Feder im Hauptgehäuseteil und verhindern ein Kippen.
-
Vorzugsweise ist der Deckel in das Hauptgehäuseteil eingeschraubt. Er weist somit beispielsweise ein Außengewinde auf, dass in ein entsprechendes Innengewinde am Hauptgehäuseteil des Differenzdruckschaltventils geschraubt wird, wobei mit diesem Montageschritt die Anschlagfläche auch gegen die Anlagefläche des Schließgliedes belastet wird, wobei die Feder gleichzeitig vorgespannt wird.
-
Der Deckel weist vorteilhafterweise mindestens vier gleichmäßig über den Umfang verteilte axial verlaufende Durchströmungsöffnungen auf, durch die das Fluid in das Innere des Hauptgehäuseteils einströmen oder aus dem Inneren des Hauptgehäuseteils ausströmen kann und in deren radial Inneren die Anschlagfläche ausgebildet ist. So wird ein ausreichend großer Durchströmungsquerschnitt zur Verfügung gestellt und dennoch durch den einen Deckel sowohl die Anschlagfläche als auch der Einlass beziehungsweise Auslass realisiert, so dass sich ein rein axial durchströmtes Ventil ergibt.
-
Des Weiteren ist es insbesondere bei der Anordnung eines solchen Ventils in einer Fluidleitung vorteilhaft, wenn das Hauptgehäuseteil ein Außengewinde aufweist, über welches das Differenzdruckschaltventil dann in der entsprechenden Leitung durch Einschrauben befestigt werden kann. Insbesondere werden eine Anordnung und Befestigung eines solchen Differenzdruckschaltventils in den kleinen Ölleitungen eines Zylinderkopfes möglich.
-
Es wird somit ein Differenzdruckschaltventil geschaffen, welches einen geringen Bauraumbedarf aufweist, sehr einfach herzustellen und zu montieren ist und an verschiedene Anwendungen einfach angepasst werden kann, da bereits durch kleine Änderungen der vorhandenen Flächen eine Änderung des Schließdruckes realisierbar ist. So ist eine einfache Anpassung an geforderte Schaltdrücke möglich.
-
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Differenzdruckschaltventils ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Differenzdruckschaltventils.
- 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Mittelachse des erfindungsgemäßen Differenzdruckschaltventils aus 1.
- 3 zeigt ebenfalls einen Querschnitt entlang der Mittelachse des erfindungsgemäßen Differenzdruckschaltventils aus 1, jedoch um 30° verdreht im Vergleich zum in der 2 dargestellten Querschnitt.
-
Das erfindungsgemäße Differenzdruckschaltventil weist ein Gehäuse 10 auf, welches aus einem Hauptgehäuseteil 12, das eine radial begrenzende Wand 14 aufweist, und einem Deckel 16 besteht, über den eine axiale Öffnung des Hauptgehäuseteils 12 verschlossen wird. Während der Deckel 16 insgesamt sechs gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchströmungsöffnungen 18 aufweist, die einen ersten Anschluss 20 bilden, ist die entgegengesetzte axiale Seite des Hauptgehäuseteils 12 offen ausgebildet und dient entsprechend als zweiter Anschluss 22. Das Differenzdruckschaltventil ist entsprechend im Wesentlichen axial in beide Richtungen durchströmbar. Der Deckel 16 weist an seinem Außenumfang ein Außengewinde 24 auf, über welches der Deckel 16 in ein Innengewinde 26 an den radial begrenzenden Wänden 14 des Hauptgehäuseteils 12 geschraubt ist, um den Deckel 16 am Hauptgehäuseteil zu befestigen.
-
Im Innern des Gehäuses 10 befindet sich ein Schließglied 28, welches auf einen Ventilsitz 30 absetzbar ist. Der Ventilsitz 30 ist durch das axiale Ende eines sich axial vom offenen Ende in das Innere des Hauptgehäuseteils 12 erstreckenden ringförmigen Vorsprungs 32 gebildet. Das freie Ende dieses Vorsprungs 32 ist als planare Fläche ausgebildet, die sich senkrecht zu einer Mittelachse 34 des Differenzdruckschaltventils erstreckt. Die zum Ventilsitz 30 gegenüberliegende Seite des Schließgliedes 28 ist als kegelstumpfförmige Fläche ausgebildet, die als Ventilsitzfläche 36 des Schließgliedes 28 dient. Dies bedeutet, dass bei Auflage des Schließgliedes 28 auf dem Ventilsitz 30 eine linienförmige Berührung zwischen einer radial Inneren Kante 38 der planaren Fläche am Ende des Vorsprungs 32 und der kegelstumpfförmigen Ventilsitzfläche 36 gebildet wird.
-
An den Abschnitt des Schließgliedes 28 der die kegelstumpfförmige Ventilsitzfläche 36 ausbildet, schließt sich in axialer Richtung des Schließgliedes 28 ein zylindrischer Führungsabschnitt 40 an. Dieser weist einen größeren Durchmesser als die kegelstumpfförmige Ventilsitzfläche auf, so dass eine ringförmige glatte Auflagefläche 42 gebildet wird, die senkrecht zur Mittelachse 34 verläuft und gegen die eine Feder 44 vorgespannt anliegt.
-
Diese Feder 44 umgibt den ringförmigen Vorsprung 32 und liegt auf einem Boden 46 des Hauptgehäuseteils an, der sich radial zwischen dem ringförmigen Vorsprung 32 und einer Innenwand 46 des Hauptgehäuseteils 12 erstreckt. Diese Innenwand 46 erstreckt sich axial als Hohlzylinder bis etwa zum freien Ede des ringförmigen Vorsprungs 32. Im sich daran axial anschließenden Bereich weist diese Innenwand 46 einen größeren Durchmesser auf. Von der Innenwand 46 erstrecken sich in diesem Abschnitt mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Führungsrippen 48 radial nach innen. Diese enden unmittelbar gegenüberliegend zum zylindrischen Führungsabschnitt 40 des Schließgliedes 28 und dienen entsprechend als Führung für das Schließglied 28, durch welche ein Kippen oder Verschieben des Schließgliedes 28 in radialer Richtung im Gehäuse 10 vermieden wird. Je nach Materialauswahl kann auch eine Gleitpaarung zwischen den Führungsrippen 48 und dem Schließglied 28 hergestellt werden.
-
Die Feder 44 drückt das Schließglied 28 vom Ventilsitz 30 weg und gegen eine Anschlagfläche 50, welche am Deckel 16 radial innerhalb der Durchströmungsöffnungen 18 ausgebildet ist. Gegen diese Anschlagfläche 50 liegt das Schließglied im drucklosen Zustand erfindungsgemäß mit einer planaren und senkrecht zur Mittelachse 34 ausgerichteten Anlagefläche 52 flächig an. Durch diese flächige Anlage wirkt im Bereich der Anlagefläche 52 kein Druck auf das Schließglied. Dies hat zur Folge, dass eine Wirkfläche 54, auf die ein Druck durch die Durchströmungsöffnungen 18 eingeleiteter Druck am Schließglied 28 wirkt, lediglich durch die Fläche gebildet ist, welche radial außerhalb der Anlagefläche 52 und radial innerhalb eines ringförmigen Durchströmungsspaltes 56 zwischen dem Ventilsitz 30 und dem Schließglied 28 angeordnet ist, da der radial äußere Bereich des Schließgliedes 28 druckausgeglichen ist, da von beiden axialen Seiten der gleiche Druck wirkt. Um also eine Kraft am Schließglied 28 wirken lassen zu können, durch welche das Schließglied 28 zum Ventilsitz 30 bewegbar ist, ist die Anlagefläche 52, mit der das Schließglied 28 gegen die Anschlagfläche 50 am Deckel 16 flächig anliegt immer kleiner zu wählen als eine radial innere Querschnittsfläche 58 des Ventilsitzes 30 senkrecht zur Mittelachse 34.
-
Um dieses Differenzdruckschaltventil innerhalb einer Leitung befestigen zu können, ist an der Außenseite des Hauptgehäuseteils ein Außengewinde 60 ausgebildet, so dass das Differenzdruckschaltventil in die Leitung einschraubbar ist.
-
Dieses Differenzdruckschaltventil kann sehr einfach montiert werden, indem die Feder 44 in das Hauptgehäuseteil 12 eingelegt wird und das Schließglied 28 anschließend innerhalb der Führungsrippen 48 auf die Feder 44 gelegt wird. Anschließend wird der Deckel 16 in das Hauptgehäuseteil 12 geschraubt, wodurch die Anschlagfläche 50 des Deckels 16 gegen die planare Anlagefläche 52 des Schließgliedes 28 unter Vorspannung der Feder 44 angelegt wird.
-
Wirkt nun ein Druck vom zweiten Anschluss 22 in Richtung des ersten Anschlusses 20 verstärkt dieser Druck die Federkraft, so dass das Schließglied 28 in der den Durchströmungsspalt 56 freigebenden Position verharrt. Wirkt nun eine Druckdifferenz in entgegengesetzte Richtung, so dass der erste Anschluss 20 nunmehr als Einlass wirkt und der zweite Anschluss 22 als Auslass wirkt, übersteigt ab einer bestimmten Druckdifferenz von beispielweise 10 bar, die Kraft durch die am Schließglied 28 angreifenden und auf die Wirkfläche 54 wirkenden Druckdifferenz die Kraft der Feder 44, wodurch das Schließglied 28 auf den Ventilsitz 30 bewegt wird. Durch die Kegelstumpfform der Ventilsitzfläche 36 richtet sich dieses zur Kante 38 aus und schließt den Durchströmungsspalt 56 zuverlässig. Um in jedem Zustand eine Drosselung durch das Differenzdruckschaltventil sicherzustellen, ist der Querschnitt des Durchströmungsspaltes 56 kleiner zu wählen als der Gesamtquerschnitt der sechs Durchströmungsöffnungen 18 beziehungsweise des offenen Endes des Hauptgehäuseteils 12.
-
Es sollte deutlich sein, dass neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auch andere Ausführungen des Differenzdruckschaltventils möglich sind. So kann das Schließglied auch plattenförmig ausgebildet werden und mit einem Ausschnitt der oberen Fläche gegen die Anschlagfläche anliegen und flächig auf dem Ventilsitz aufliegen, der auch als separates Bauteil ausgeführt werden kann. Weitere konstruktive Änderungen sind ebenfalls denkbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 4414924 [0004]
- CN 201047270 Y [0005]
