DE3342427A1 - Druckventil - Google Patents

Description

ALFRED TEVES GMBH

Frankfurt am Main 23.11.1983

P 5429

F. Ostwald -

Druckventil

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Druckventil mit einem unter Vorspannung stehenden, gegen einen Ventilsitz andrückbares Schließglied·

Bei derartigen Druckventilen werden häufig gehärtete Stahlkugeln als Ventilverschließelemente eingesetzt. Die Stahlkugeln können in großen Stückzahlen mit großer Präzision kostengünstig hergestellt werden. Gegenüber Ventilen, die an Schäften geführte Ventilteller aufweisen, zeichnen sich obige Druckventile durch einen einfacheren Aufbau aus, da für die Kugeln, die sich unter dem Einfluß einer Anpreßkraft selbsttätig auf dem Ventilsitz zentrieren, keine aufwendigen Führungselemente notwendig sind.

Mit Schließgliedern aus Metall lassen sich auch ohne elastomere Dichtmaterialien hermetisch dichte Ventile ausbilden. Harte Schmutzteilchen können jedoch an den Ventilsitzen Riefen und damit Undichtigkeiten hervorrufen.

Bei Druckbegrenzungs- oder Überdruckventilen mit Kugeln hängt die auf die jeweilige Kugel ausgeübte, dem Druck der Flüssigkeit entgegenwirkende Kraft quadratisch vom Durchmesser der

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Kugel ab. Diese Kraft verteilt sich auf eine linear mit dem Druchmesser der Kugel wachsende Dichtlinienlänge. Mit abnehmender Ventilgröße nimmt daher die Sitzkraft rapide ab. Diese reicht dann häufig nicht mehr aus, um kleinste Schmutzteilchen zu entfernen. Es muß aber in jeder Phase des Betriebes ein hermetisches Abdichten des Systems gewährleistet sein. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, vor dem Ventil ein Feinfilter anzuordnen. Bei allmählicher Verschmutzung des Filters wird aber die Funktion des Druckventils aufgehoben, was bei dessen Verwendung als Druckbegrenzungs- oder Überdruckventil unerwünscht sein kann.

Aus der DE-PS 26 11 216 ist bereits ein Druckventil bekannt, das einen Ventilteller enthält, der über eine Feder mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Führungskörper entgegen der Kraft der Feder bei Beaufschlagung mit einem Druckmedium verschiebbar ist. Die Stellung des Kolbens im Führungskörper legt die Höhe des Öffnungsdrucks des Druckventils fest.

Aus der DE-OS 18 13 167 ist ferner ein Überdruckventil mit einem entgegen der Strömungsrichtung des Druckmediums schließenden Ventxlverschlußglxed und einem über eine Hebeleinrichtung mit dem Ventxlverschlußglxed kraftschlüssig verbundenen Steuerkolben bekannt. Dieses Überdruckventil hat einen Vorsteuerkolben, an dem die Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruck wirksam ist. Mittels des Vorsteuerkolbens wird zur Einleitung einer Öffnungsbewegung des Ventilverschließgliedes das übersetzungsverhältnis der Hebeleinrichtung verändert.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Druckventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem trotz im Druckmedium vorhandener Schmutzteilchen die Dichtigkeit auch ohne Filter gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schließglied bei wesentlich unter dem Nennansprechdruck liegendem Druck auf der Einlaßseite des Druckventils mit einer die Vorspannung für den Nennansprechdruck erheblich übersteigenden Kraft gegen den Ventilsitz gedrückt wird und daß bei Nennansprechdruck auf der Einlaßseite des Druckventils das Schließglied mit einer auf den Nennansprechdruck abgestimmten Kraft beaufschlagt ist. Dabei wird durch den vorübergehend auf den Ventilsitz ausgeübten sehr hohen Druck, der dann wieder auf den Nennwert des Ventils verringert wird, die Dichtigkeit entscheidend verbessert. Durch den sehr hohen Druck auf die Dichtflächen werden Schmutzteilchen verschoben oder einfach durchgedrückt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schließglied über einen Stößel mit einer Federvorspannung beaufschlagt ist und daß das dem Stößel entgegengesetzte Ende der Feder in Abhängigkeit vom Druck auf der Einlaßseite des Druckventils zwischen einer ersten Endlage , in der die Kraft auf das Schließglied am größten ist, und einer zweiten Endlage verschiebbar ist, in der die Kraft der Feder auf das Schließglied gleich der vom Nennansprechdruck erzeugten Kraft ist.

Eine in ihrem Aufbau besonders einfache Ausführungsform sieht vor, daß das dem Schließglied entgegengesetzte Ende der Feder an einem Vorsteuerkolben anliegt, dessen Arbeitsfläche vom

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Arbeitsmedium mit dem auf der Einlaßseite des Druckventils herrschenden Druck beaufschlagt ist und der unter einer Federvorspannung steht, die größer als die Kraft dar Feder auf das Schließglied im Falle des Nennansprechdrucks ist.

Zweckmäßigerweise schließt bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der hohlzylindrische, in einem Zylinder verschiebbar angeordnete Vorsteuerkolben den Ventilsitz, das Schließglied den Stößel und die den Stößel umgebende Feder ein, wobei im Boden des Vorsteuerkolbens Durchlässe für das Arbeitsmedium angeordnet sind, das über einen nicht vom Druck des Arbeitsmediums beaufschlagten Hohlraum und eine Durchtrittsöffnung im Zylinder ableitbar ist. Diese Ausführungsform hat einen kompakten Aufbau. Darüberhinaus sind keine kompliziert gebauten Teile vorhanden. Die Vorrichtung läßt sich daher kostengünstig fertigen.

Vorzugsweise ist der Arbeitsraum für das Arbeitsmedium zwischen einem ringförmigen Rand des Vorsteuerkolbens, der Innenwand des Zylinders und einem stirnseitig den Zylinder verschließenden Deckel angeordnet, der einen axialen Einlaßkanal in einem Zylinderkörper aufweist, der als inneres Führungsteil für den Vorsteuerkolben ausgebildet ist und Kanäle aufweist, die den Einlaßkanal mit dem Arbeitsraum verbinden. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einfach herzustellenden rotationssymmetrischen Teilen.

Vorzugsweise ist die Vorspannung der den Vorsteuerkolben beaufschlagenden Feder derart eingestellt, daß die Bewegung des Vorsteuerkolbens bei etwa 95 % des Nennansprechdrucks einsetzt.

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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Druckventil parallel zu einem Steuerventil und einer Arbeitsvorrichtung in einem Bremskreis eines Kraftfahrzeuges angeordnet.

Das erfindungsgemäße Druckventil ist bevorzugt ein Sitzventil, dessen Schließglied eine Kugel, ein Kegel oder ein Ventilteller sein kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Druckventil, das in einem schematisch dargestellten hydraulischen Bremskreis eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist,

Fig. 2 ein Diagramm der Anpreßkraft des Schließgliedes am Ventilsitz und des Wegs des Vorsteuerkolbens in Abhängigkeit vom Druck auf der Eingangsseite.

Das in der Zeichnung dargestellte Druckventil 1 ist ein Sitzventil mit einem Zylinder 2, an dessen offener Stirnseite ein umlaufender Flansch 3 ausgebildet ist. Am Flansch 3 ist ein Deckel 4 angebracht, der in seiner Mitte einen axial verlaufenden Zylinderkörper 5 aufweist. Der Zylinderkörper 5 ragt beiderseits über die Flächen des Deckels 4 hinaus. Auf dem außerhalb des Zylinders 2 liegenden Teil des Zylinderkörpers 5 ist ein (nicht näher bezeichnetes) Gewinde vorgesehen. Der Zylinderkörper 5 weist einen konzentrisch angeordneten Kanal 6 auf, dessen innerhalb des Zylinders 2 liegendes Ende einen Ventilsitz 7 für eine gehärtete Kugel 8 aus Stahl

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bildet, gegen deren, dem Ventilsitz 7 abgewandte Seite ein Stößel 9 drückt. Der Stößel 9 ist an seinem an der Kugel 8 angreifenden Ende 1O scheibenförmig ausgebildet. An dem scheibenförmigen Ende 10 des Stößels 9 liegt das eine Ende einer den Stößel 9 umgreifenden Feder 12 an, die unter Vorspannung steht und deren anderes Ende sich an einer kreisförmigen Wand 11 abstützt. Die kreisförmige Wand 11, in der Durchlaßöffnungen 13 ausgebildet sind, gehört zum Boden eines hohlzylindrischen Vorsteuerkolbens 14, der die Feder 12, den Stößel 9, die Kugel 8 und den im Zylinder 2 liegenden Teil des Zylinderkörpers 5 umgibt. Dieser Teil bildet eine Führungsfläche für den hohlzylindrischen Vorsteuerkolben 14, dessen offene Stirnseite von einem ringförmigen Rand 15 umgeben ist. Am Rand 15 stützt sich eine Feder 16 ab, deren anderes Ende am Boden des Zylinders 2 anliegt.

Zwischen dem Rand 15 und dem Deckel 4 erstreckt sich der Arbeitsraum für den hohlzylindrischen Kolben 14. Auf der dem Inneren des Zylinders 2 zugewandten Seite des Deckels 4 sind Aussparungen 17 vorgesehen, die über Kanäle 18 mit dem zentralen Kanal 6 im Zylinderkörper 5 verbunden sind.

In der Wand des ringförmigen Randes 15 ist eine Dichtung 19 vorgesehen, die den vom Arbeitsmedium beaufschlagten Raum gegen einen Raum 20 abdichtet, in dem sich die Feder 16 befindet. Im Boden des Zylinders 2 befindet sich eine Auslaßöffnung 21. Eine weitere Dichtung 22 ist in der Außenwand des Zylinderkörpers 5 angeordnet, die an dem Vorsteuerkolben 14 anliegt. Die Dichtung 22 verhindert das Austreten des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum in denjenigen Raum, in dem sich die Kugel 8 befindet.

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Der Kanal 6 ist mit einer Druckquelle 23 verbunden, die ein Arbeitsmedium aus einem Vorratsbehälter 24 ansaugt, mit dem die Auslaßöffnung 21 über eine Leitung 25 verbunden ist. Parallel zum Druckventil 1 ist ein Kreis angeordnet, der ein Steuerventil 26 und ein Stellelement 27 enthält.

Das Druckventil 1 arbeitet als Druckbegrenzungsventil und ist über die Vorspannung der Feder 12 auf einen bestimmten Nennansprechdruck einstellbar. Die für den Nennansprechdruck maßgebende Kraft wird von der Feder 12 auf die Kugel 8 dann ausgeübt, wenn der Vorsteuerkolben 14 am Boden des Zylinders 2 anliegt. Die Vorspannung, die die Feder 12 in dieser Lage hat, bestimmt den Nennansprechdruck.

In der in Fig. 1 gezeigten Lage des Vorsteuerkolbens 14 ist die Feder 12 wesentlich stärker als im Falle des Nennansprechdruckes zusammengedrückt. Deshalb wird über die Kugel 8 auf den Ventilsitz 7 eine Anpreßkraft übertragen, die erheblich höher als der Nennansprechdruck ist. Der Vorsteuerkolben 14 wird durch die Vorspannung der Feder 16 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung dann gehalten, wenn der Druck auf der Einlaßseite des Kugelventils 1, d.h. im Kanal 6, eine einstellbare Grenze unterschritten hat. Die Vorspannung der Feder 16 legt diese Grenze fest.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Feder 16 auf den Vorsteuerkolben 14 eine Kraft ausübt, die 95 % des Nennansprechdrucks entspricht. Solange der Druck im Kanal 6 die Vorspannkraft der Feder 16 nicht erreicht hat, bleibt der Vorsteuerkolben 14 in Ruhe.· überschreitet die Kraft diese Schwelle, dann bewegt sich der Kolben 14 auf den Boden des Zylinders 2 zu. Mit zunehmendem Druck im Kanal 6 wird der

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Vorsteuerkolben 14 über das auf den Rand 15 einwirkende Arbeitsmedium immer weiter aus seiner in Fig. 1 gezeigten ersten Endlage ausgelenkt, bis der Vorsteuerkolben 14 den Boden des Zylinders 2 berührt.

In dieser zweiten Endlage des Vorsteuerkolbens 14 wird die Kugel von einer dem Nennansprechdruck entsprechenden Kraft beaufschlagt. Der Druck auf die Kugel 8 ist dann gleich der vom Druck des Arbeitsmediums ausgehenden Gegenkraft. Bei geringfügig zunehmendem Druck öffnet die Kugel 8 den Kanal 6 und das Arbeitsmedium strömt über die Durchlaßöffnungen 13, 21 und die Leitung 25 zum Vorratsbehälter 24 zurück. Damit wird ein weiterer Druckanstieg im hydraulischen Kreis verhindert .

Wenn der Druck im Kanal 6 unter 95 % des Nennansprechdrucks abfällt, was bei Betätigung des Stellelements 27 vorkommen kann, dann tritt eine stärkere Erhöhung der Anpreßkraft auf den Ventilsitz 7 ein. Diese starke Anpreßkraft drückt eventuell vorhandene Schmutzteilchen entweder auf dem Ventilsitz beiseite oder einfach durch den Ventilsitz hindurch. Damit wird eine Reinigung der Dichtflächen erreicht. Die Dichtwirkung des Kugelventils 1 bleibt deshalb auch dann vorhanden, wenn Schmutzteilchen im Arbeitsmedium vorhanden sind.

Die Fig. 2 zeigt den Weg 28 des Vorsteuerkolbens 14 in Abhängigkeit vom Druck im Kanal 6. Der Weg ist in Ordinatenrichtung und der Druck in Abszissenrichtung dargestellt. Weiterhin ist in Fig. 2 die von der Feder 12 ausgeübte Anpreßkraft 29 der Kugel 8 in Abhängigkeit vom Druck im Kanal 6 dargestellt . Die vom Druck ausgeübte Kraft 30 ist ebenfalls als Funktion des Druckes im Kanal 6 dargestellt. Im Schnittpunkt der Kurve 29 und 30 ist die resultierende Kraft auf die Kugel 8 Null, da die Kräfte 29 und 30 gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind.

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Bezugszeichenliste:

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1	Druckventil
2	Zylinder
3	Flansch
4	Deckel
5	Zylinderkörper
6	Kanal
7	Ventilsitz
8	Kugel
9	Stößel
10	Ende
11	Wand
12	Feder
13	Durchlaßöffnung
14	Vorsteuerkolben
15	Rand
16	Feder
17	Aussparung
18	Kanal
19	Dichtung
20	Raum
21	Auslaßöffnung
22	Dichtung
23	Druckquelle
24	Vorratsbehälter
25	Leitung
26	Steuerventil
27	Stellelement
28	Weg
29	Anpreßkraft
30	Kraft

Claims (9)

1. ALFRED TEVES GMBH

   Frankfurt am Main 23.11.1983

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   F. Ostwald - 174

   Druckventil

   Patentansprüche:

   \A^j Druckventil mit einem unter Vorspannung stehenden, gegen einen Ventilsitz andrückbaren Schließglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (8) bei wesentlich unter dem Nennansprechdruck liegendem Druck auf der Einlaßseite des Druckventils (1 ) mit einer die Vorspannung für den Nennansprechdruck erheblich übersteigenden Kraft gegen den Ventilsitz (7) gedrückt wird und daß bei Nennansprechdruck auf der Einlaßseite des Druckventils (1) das Schließglied (8) mit einer auf den Nennansprechdruck abgestimmten Kraft beaufschlagt ist.
2. 2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (8) über einen Stößel (9) mit einer Federvorspannung beaufschlagt ist und daß das dem Schließglied (8) entgegengesetzte Ende der Feder (12) in Abhängigkeit vom Druck auf der Einlaßseite des Druckventils (1) zwischen einer ersten Endlage, in der die Kraft auf das Schließglied (8) am größten ist, und einer zweiten Endlage verschiebbar ist, in der die Kraft der Feder (12) auf das Schließglied (8) gleich der vom Nennansprechdruck erzeugten Kraft ist.

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3. 3. Druckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Schließglied (8) entgegengesetzte Ende der Feder (12) an einem Vorsteuerkolben (14) anliegt, dessen Arbeitsfläche vom Arbeitsmedium mit dem auf der Einlaßseite des Druckventils (1) herrschenden Druck beaufschlagt ist und der unter einer Federvorspannung steht, die größer als die Kraft der Feder (12) auf das Schließglied (8) im Falle des Nennansprechdrucks ist.
4. 4. Druckventil nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrische, in einem Zylinder (2) verschiebbar angeordnete Vorsteuerkolben (14) den Ventilsitz (7), das Schließglied (8), den Stößel (9) und die den Stößel (9) umgebende Feder (12) einschließt und daß im Boden des Vorsteuerkolbens (14) Durchlässe (13) für das Arbeitsmedium angeordnet sind, das über einen nicht vom Druck des Arbeitsmediums beaufschlagten Hohlraum (20) und eine Durchtrittsöffnung (21) im Zylinder (2) ableitbar ist.
5. 5. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum für das Arbeitsmedium zwischen einem ringförmigen Rand (15) des Vorsteuerkolbens (14), der Innenwand des Zylinders (2) und einem stirnseitig den Zylinder (2) verschließenden Deckel (4) angeordnet ist, der einen axialen Einlaßkanal (6) in einem Zylinderkörper (5) aufweist, der als inneres Führungsteil für den Vorsteuerkolben (14) ausgebildet ist und Kanäle (18) aufweist, die den Einlaßkanal (6) mit dem Arbeitsraum verbinden.

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6. 6. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der den Vorsteuerkolben (14) beaufschlagenden Feder (16) derart eingestellt ist, daß die Bewegung des Vorsteuerkolbens (14) bei etwa 95 % des Nennansprechdruckes einsetzt.
7. 7. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (1) parallel zu einem Steuerventil (26) und einer Arbeitsvorrichtung (27) in einem Bremskreis eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
8. 8. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil ein Sitzventil ist.
9. 9. Druckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied eine Kugel (8), ein Kegel oder ein Ventilteller ist.