DE19533741A1 - Ventil, insbesondere Rückschlagventil als Auslaßventil einer Kolbenpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein derartiges Ventil ist bekannt aus der EP 0 446 454 B1. Das bekannte Ventil weist einen Ventilschließkörper auf, der in einer prismatischen Ventilkammer aufgenommen ist, deren eine Stirnwand einen Ventilsitz aufweist. Der Ventilschließkörper ist in der Ventilkammer in dem Sinne geführt, daß eine Hubbewegung in einer axialen Richtung zum Öffnen und Schließen des Ventils möglich ist und eine radiale Auslenkbewegung durch eine Umfangswand der Ventilkammer begrenzt ist. Ein Auslaßkanal mündet durch die Umfangswand an einem ventilsitzseitigen Ende in die Ventilkammer.

Bei geöffnetem, durchströmtem Ventil bilden sich komplexe Strömungsverhältnisse in der Ventilkammer und um den Ventilschließkörper herum aus. Wird der vom Ventilsitz abgehobene Ventilschließkörper in radialer Richtung ausgelenkt, verkleinert sich ein Spalt zwischen der Umfangswand der Ventilkammer und dem Ventilschließkörper an einer Umfangsstelle, was zur Folge hat, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle erhöht und der Druck dort absinkt. Da im Auslaßkanal bei geöffnetem Ventil eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit ein stark verminderter Druck herrscht, wird der Ventilschließkörper in jedem Fall zu einer Auslenkung angeregt.

Die Auslenkung vergrößert sich, bis die Umströmung des Ventilschließkörpers an der genannten Umfangstelle durch Annäherung des Ventilschließkörpers an die Umfangswand der Ventilkammer gedrosselt oder bei Anlage des Ventilschließkörpers an der Umfangswand gestoppt wird. Dann erhöht sich der Druck an dieser Umfangsstelle durch Aufstauen des Druckmittels und der Ventilschließkörper wird in entgegengesetzte Richtung gedrückt. Dies bewirkt eine heftige und unkontrollierte Bewegung des Ventilschließkörpers in der Ventilkammer. Dabei schlägt der Ventilsitzkörper auf den Ventilsitz auf und prallt ab. Außerdem schlägt der Ventilschließkörper gegen die Umfangswand der Ventilkammer und verursacht starke Geräusche. Die ständige Bewegung des Ventilschließkörpers führt zu ständig sich ändernden Strömungsverhältnissen, die ebenfalls Geräusche verursachen und zu einem stark schwankenden Volumenstrom durch das Ventil und verringertem Durchsatz führen.

Auch zwei einander diametral gegenüberliegend in die Ventilkammer mündende Auslaßkanäle, wie sie beispielsweise in der US-PS 5 100 305 gezeigt sind, bringen keine Abhilfe, da der durch irgendeine Instabilität in Richtung eines Auslaßkanals radial ausgelenkte Ventilschließkörper die Strömung zu diesem Auslaßkanal drosselt, wodurch sich der Druck im Bereich dieses Auslaßkanals erhöht und der Ventilschließkörper in Richtung des gegenüberliegenden Auslaßkanals gedrückt wird. Versuche mit vier über Kreuz angeordneten Auslaßkanälen haben nicht zu verbesserten Verhältnissen geführt. Für drei oder mehr als vier über den Umfang der Ventilkammer verteilt angeordnete Auslaßkanäle ist ebenfalls kein verbessertes Ergebnis zu erwarten.

Vorteile der Erfindung

Beim erfindungsgemäßen Ventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs münden zwei Auslaßkanäle nebeneinander in die Ventilkammer. Da die Geschwindigkeit der Strömung durch das geöffnete Ventil in den Auslaßkanälen groß und infolgedessen der Druck im Bereich ihrer Mündung in die Ventilkammer gering ist, wird der vom Ventilsitz abgehobene Ventilschließkörper in radialer Richtung zu den Auslaßkanälen hin ausgelenkt, bis er an die Umfangswand der Ventilkammer gelangt. Befindet er sich dichter an einem der beiden Auslaßkanäle, so drosselt er die Strömung in diesem Auslaßkanal und erhöht dort den Druck, wodurch er in die Mitte zwischen den beiden Auslaßkanälen zurückbewegt wird. Bis zum Schließen des Ventils verbleibt der Ventilschließkörper in seiner Lage. Es bilden sich gleichbleibende Strömungsverhältnisse aus, die zu einem hohen Durchsatz und zu geringer Geräuschbildung führen. Der zwischen den Auslaßkanälen bleibende Ventilschließkörper verursacht keine Geräusche durch Schlagen gegen die Umfangswand der Ventilkammer oder den Ventilsitz. Da der Ventilschließkörper während der Öffnungsdauer des Ventils nicht gegen den Ventilsitz schlägt, wird dieser geschont und die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Ventils um ein Vielfaches erhöht.

Anstelle von zwei oder mehr Auslaßkanälen kann auch ein breiter Auslaßkanal vorgesehen werden, dessen Mündung in die Ventilkammer sich über einen größeren Umfangsabschnitt erstreckt, als der Auslaßkanal parallel zur Hubrichtung des Ventilschließkörpers hoch ist (Anspruch 4).

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.

Durch den gemäß Anspruch 5 in radialer Richtung in Richtung der Auslaßkanäle versetzten Ventilsitz befindet sich der Ventilschließkörper bei geschlossenem Ventil dicht an der Umfangsstelle der Umfangswand der Ventilkammer, an der die Auslaßkanäle in die Ventilkammer münden, wodurch seine radiale Auslenkung beim Öffnen des Ventils verringert ist.

Um den Strömungswiderstand des erfindungsgemäßen Ventils klein zu halten wird die Summe der Querschnittsflächen der Auslaßkanäle nicht wesentlich kleiner als eine Durchtrittsfläche des Ventilsitzes gewählt (Anspruch 6).

Als strömungstechnisch günstig hat sich ein Verhältnis der Durchtrittsfläche des Ventilsitzes zu einer Querschnittsfläche der Ventilkammer von etwa einem Drittel bis drei Viertel erwiesen (Anspruch 7).

Das erfindungsgemäße Ventil kann als betätigbares Ventil, dessen Ventilschließkörper zum Schließen beispielsweise mittels eines Stößels gegen den Ventilsitz gedrückt wird ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil als Rückschlagventil ausgebildet (Anspruch 10).

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil als Auslaßventil in eine Kolbenpumpe integriert, die insbesondere als Rückförderpumpe für eine mit einer Blockierschutzeinrichtung, einer Schlupfregeleinrichtung und/oder einer Fahrdynamikregelung ausgestatteten Fahrzeugbremsanlage Verwendung findet (Ansprüche 11, 12).

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe mit einem Auslaßventil gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 2 einen gering kegelförmigen Querschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Querschnitt einer abge­ wandelten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine Kolbenpumpe, die zum Einsetzen in einen nicht dargestellten Hydraulikblock einer Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Sie dient als Rückförderpumpe für die mit einer Blockierschutz-, einer Antriebsschlupf­ regeleinrichtung und/oder einer Fahrdynamikregelung ausgestattete Bremsanlage.

Die insgesamt mit 10 bezeichnete Kolbenpumpe weist einen Zylinder 12 auf, in dem ein zu einer Hubbewegung antreibbarer Kolben 14 aufgenommen ist. Die an sich bekannte Antriebseinrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

In den Kolben 14 ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlaßventil 16 integriert: Zur Aufnahme des Einlaßventils 16 ist der Kolben 14 mit einer axialen Sackbohrung 18 versehen, die in seinem Mittelbereich endet und an einer ins Innere des Zylinders 12 weisenden Stirnseite des Kolbens 14 mündet. Am geschlossenen Ende der Sackbohrung 18 weist der Zylinder 14 eine Querbohrung 20 auf, die mit Einlaßbohrungen 22 des Zylinders 12 kommuniziert, so daß Fluid durch die Einlaßbohrungen 22 und die Querbohrung 20 in die Sackbohrung 18 des Kolbens 14 angesaugt werden kann.

An einer Ringstufe 24, mit der sich die Sackbohrung 18 in Richtung ihres offenen Endes erweitert, ist ein konischer Ventilsitz 26 des Einlaßventils 16 ausgebildet. Eine Schraubendruckfeder 28 drückt eine Kugel als Ventilschließkörper 30 des Einlaßventils 16 gegen den Ventilsitz 26. Die Schraubendruckfeder 28 stützt sich gegen eine als Blech-Tiefziehteil ausgebildete Kappe 32 ab, die an dem ins Innere des Zylinders 12 weisenden Stirnende des Kolbens 14 angebracht ist. Die Kappe 32 ist zur Befestigung am Kolben 14 in eine Nut 34 in dessen Umfang nahe seiner Stirnseite umgebördelt. Von seinem Stirnende bis zur Nut 34 ist der Kolben 14 verjüngt, der Außendurchmesser der Kappe 32 ist kleiner als ein Nenndurchmesser des Kolbens 14. Zum Durchlaß von Fluid ist die Kappe 32 mit Löchern 36 versehen.

Als Auslaßventil 38 der Kolbenpumpe 10 ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Ventil gemäß der Erfindung vorgesehen: Dieses ist in axialer Verlängerung des Kolbens 14 in einer Sackbohrung 40 im Zylinder 12 untergebracht. Die als Ventilkammer 40 dienende Sackbohrung mündet in ein Stirnende einer Zylinderbohrung 41 dem ins Zylinderinnere gerichteten Stirnende des Kolbens 14 gegenüber. Als Ventilschließkörper 42 weist das Auslaßventil 38 eine Kugel auf, die von einer Schraubendruckfeder 44 gegen einen konischen Ventilsitz 46 gedrückt wird, der an einem durchbohrten, niedrigen, zylindrischen Ventilteil 48 ausgebildet ist. Das Ventilteil 48 ist durch Verstemmen 50 von Zylindermaterial in einer Ringstufe in der Mündung der das Auslaßventil 38 aufnehmenden Ventilkammer 40 im Zylinder 12 befestigt. Die Schraubendruckfeder 44 befindet sich in der Sackbohrung 40, sie stützt sich gegen deren geschlossenes Ende ab.

Nahezu radial münden zwei Bohrungen als Auslaßkanäle 52 in die Ventilkammer 40 (Fig. 2). Die Auslaßkanäle 52 verlaufen in einem Winkel von ca. 60° zueinander. Die Auslaßkanäle 52 münden zwischen einem Großkreis der den Ventilschließkörper 42 des Auslaßventils 38 bildenden Kugel, der in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse der Kolbenpumpe 10 liegt, und dem die Ventilkammer 40 abschließenden Ventilteil 48 durch eine Umfangswand 54 in die Ventilkammer 40.

Wird der Kolben 14 während eines Arbeitshubs in den Zylinder 12 hineingedrückt und verdrängt dabei Fluid aus der Zylinderbohrung 41, so hebt dieses Fluid den Ventilschließkörper 42 des Auslaßventils 38 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 44 von seinem Ventilsitz 46 ab. Es bildet sich eine komplexe Fluidströmung durch das durchbohrte Ventilteil 48 und durch die Ventilkammer 40 an der den Ventilschließkörper 42 bildenden Kugel vorbei in die Auslaßkanäle 52 aus. In den Auslaßkanälen 52 herrscht eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit. Der Druck ist infolgedessen in den Auslaßkanälen 52 und in deren Mündungsbereich in die Auslaßventilkammer 40 abgesenkt, so daß der Ventilschließkörper 42 gegen eine Umfangswand 54 der Auslaßventilkammer 40 im Mündungsbereich der Auslaßkanäle 52 gesogen wird. Befindet sich der Ventilschließkörper 42 näher an einem der beiden Auslaßkanäle 52, so deckt er diesen stärker ab und drosselt dadurch die Strömung durch diesen Auslaßkanal 52, was einen Druckanstieg an dieser Stelle zur Folge hat, der den Ventilschließkörper 42 wieder in die Mittellage zwischen den beiden Auslaßkanälen 52 zurückbewegt. Der Ventilschließkörper 42 nimmt dadurch beim Öffnen des Auslaßventils 38 eine Lage an der Umfangswand 54 der Auslaßventilkammer 40 zwischen den beiden Auslaßkanälen 52 ein und verbleibt bis zum Schließen des Auslaßventils 38 dort. Es bildet sich eine gleichbleibende Strömung durch das Auslaßventil 38 aus, die zu einem hohen Durchsatz führt und Geräuschbildung vermindert. Auch Geräusche oder Beschädigungen insbesondere des Ventilsitzes 46 durch einen mehrfach auf ihn aufschlagenden Ventilschließkörper 42 werden durch das erfindungsgemäße Auslaßventil 38 vermieden.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung der Erfindung weist einen Auslaßkanal 56 anstelle zweier Auslaßkanäle 52 auf, dessen Breite vergrößert ist, der sich also in Umfangsrichtung über einen größeren Winkel erstreckt als jeweils einer der beiden Auslaßkanäle 52 der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Eine Mündung des Auslaßkanals 56 in die Ventilkammer 40 nimmt beispielsweise einen Umfangswinkelabschnitt von etwa 30° bis 90° ein. Die Höhe des Auslaßkanals 56, d. h. seine Querabmessung in Längsrichtung der Kolbenpumpe 10, stimmt mit dem Durchmesser und seine Anordnung im Zylinder 12 der Kolbenpumpe 10 stimmt mit derjenigen der Auslaßkanäle 52 der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform überein. Der Effekt ist hier ebenfalls, daß der Ventilschließkörper 42 des Auslaßventils 38 bei geöffnetem, durchströmtem Auslaßventil 38 im Mittelbereich des Auslaßkanals 56 an der Umfangswand 54 der Ventilkammer 40 zur Anlage kommt. Es wird insoweit auf die Ausführungen zu Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

Die Auslaßkanäle 52, 56 können in einem Winkel zu einer Radialebene der Kolbenpumpe 10 geneigt verlaufen, und zwar in einem stärkeren Winkel und auch in entgegengesetzter Orientierung als in Fig. 1 dargestellt, um die Durchströmungsverhältnisse bei geöffnetem Auslaßventil 38 weiter zu verbessern.

Des weiteren können die beiden in Fig. 2 gezeigten Auslaßkanäle 52 in etwa parallel zueinander, also nicht radial, gebohrt sein, damit ihre Mündungen an der Außenseite des Zylinders 12 dicht beisammen liegen, was von Vorteil bei der hydraulischen Verschaltung der Auslaßkanäle 52 beim Einbau der Kolbenpumpe 10 in ein Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage sein kann (nicht dargestellt).

Um die Radialbewegung des Ventilschließkörpers 42 des Auslaßventils 38 beim Öffnen des Auslaßventils 38 zu verkleinern, kann der Ventilsitz 46 des Auslaßventils 38 exzentrisch in Richtung der Auslaßkanäle 52, 56 versetzt angeordnet sein, so daß ein Spalt zwischen dem Ventilschließkörper 42 und der Umfangswand 54 der Ventilkammer 40 im Mündungsbereich der Auslaßkanäle 52, 56 verkleinert ist (nicht dargestellt).

Claims (12)

1. Ventil mit einem in einer Ventilkammer aufgenommenen Ventilschließkörper, der mit einem Ventilsitz an einer Stirnseite der Ventilkammer zusammenwirkt, und mit einem Auslaßkanal, der seitlich nahe der ventilsitzseitigen Stirnseite in die Ventilkammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (38) zwei oder mehr Auslaßkanäle (52) aufweist, die seitlich nahe der ventilsitzseitigen Stirnseite in die Ventilkammer (40) münden, wobei alle Auslaßkanäle (52) innerhalb eines Umfangswinkelbereichs von weniger als 180° in die Ventilkammer (40) münden.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Auslaßkanäle (52) innerhalb eines spitzen Umfangswinkelbereichs in die Ventilkammer (40) münden.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkanäle (52) in einem Umfangswinkelbereich von ungefähr 60° in die Ventilkammer (40) münden.

4. Ventil mit einem in einer Ventilkammer aufgenommenen Ventilschließkörper, der mit einem Ventilsitz an einer Stirnseite der Ventilkammer zusammenwirkt, und mit einem Auslaßkanal, der seitlich nahe der ventilsitzseitigen Stirnseite in die Ventilkammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (56) zumindest im Bereich seiner Mündung in die Ventilkammer (40) in tangentialer Richtung bezogen auf eine Hubrichtung des Ventilschließkörpers (42) breiter als in Richtung parallel zur Hubrichtung hoch ist.

5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (46) exzentrisch in der Ventilkammer (40) in radialer Richtung zu den Auslaßkanälen (52, 56) hin versetzt angeordnet ist.

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnittsflächen der Auslaßkanäle (52, 56) mindestens nahezu so groß wie eine Durchtrittsfläche des Ventilsitzes (46) ist.

7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsfläche des Ventilsitzes (46) zwischen etwa einem Drittel und drei Viertel einer Querschnittsfläche der Ventilkammer (40) ist.

8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (42) eine Kugel ist.

9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammer (40) prismatisch, insbesondere zylindrisch ist.

10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Rückschlagventil (38) ist.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Auslaßventil (38) einer Kolbenpumpe (10) ist.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe (10) eine Rückförderpumpe einer eine Blockierschutzeinrichtung und/oder eine Antriebsschlupfregeleinrichtung und/oder einer Fahrdynamikregeleinrichtung aufweisenden Fahrzeugbremsanlage ist.