DE10312672A1

DE10312672A1 - Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE10312672A1
Application number: DE10312672A
Authority: DE
Inventors: Günter KRENZER; Peter Lauer; Karl-Josef Meyer
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-09-09
Also published as: CN1756917A; CN100532899C; DE50311620D1; ATE434144T1

Abstract

Offenbart ist ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit einem Sitzkolben in einer Längsbohrung eines Ventilgehäuses, der in seinem Führungsbereich über zwei umlaufende voneinander beabstandete Führungselemente radial in der Längsbohrung geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Druckbegrenzungsventil (DBV) ist in 1 dargestellt. Das dort abgebildete DBV geht zurück auf das Datenblatt RD 18 016-3.01/01.98 der Anmelderin. 1 zeigt ein DBV 2 mit einem in einem Ventilgehäuse 4 geführten Sitzkolben 6. Der Sitzkolben 6 ist in einer Längsbohrung 8 aufgenommen und über eine Feder 10 gegen einen Ventilsitz 12 zum Sperren einer Druckmittelverbindung von einem zulaufseitigen Arbeitsanschluß A zu einem ablaufseitigen Arbeitsanschluß B vorgespannt. Der Sitzkolben 6 ist mit radialen Spiel in der Längsbohrung 8 angeordnet. In einer Umfangsnut 38 des Sitzkolbens 6 ist ein Dichtring 34 aufgenommen, der dichtend an der Innenumfangswandung der Längsbohrung 8 anliegt.

Nachteilig an dieser Lösung ist, daß der Sitzkolben in der geöffneten Stellung um den Dichtring in Längsrichtung Dreh- bzw. Kippbewegungen ausführen kann.

Durch das daraus resultierende Flattern wird der Sitzkolben stark mechanisch beansprucht, wodurch die Lebensdauer eines derartigen DBV reduziert ist.

Des Weiteren äußert sich das Flattern in einer störenden Geräuschentwicklung, wie zum Beispiel Pfeifen, und verhindert somit einen geräuscharmen Betrieb.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil zu schaffen, daß die vorgenannten Nachteile beseitigt und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1.

Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil (DBV) hat ein Ventilgehäuse mit einem zu- und einem ablaufseitigen Arbeitsanschluß. In dem Ventilgehäuse ist ein Sitzkolben gegen einen Ventilsitz vorgespannt. Erfindungsgemäß ist der Sitzkolben im Führungsbereich zumindest über zwei voneinander beabstandete, umfangsseitig auf dem Sitzkolben aufgesetzte, umlaufende Führungselemente in dem Ventilgehäuse abgestützt.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß der Sitzkolben zumindest über zwei "Lager" – die beiden Führungselemente – in einer Längsbohrung des Ventilgehäuses geführt ist, so daß der Sitzkolben keine Dreh- bzw. Kippbewegungen um seine Längsachse ausführen kann und somit bei geöffneten DBV nicht in Schwingungen versetzt werden kann. Ein Flattern wird unterdrückt.

Des Weiteren ist an dem erfindungsgemäßen DBV vorteilhaft, daß durch die beiden Führungselemente eine Dämpfung des Sitzkolbens in axialer Richtung erfolgt.

Der Sitzkolben hat keinen axialen Anschlag, der einen Öffnungshub des Sitzkolbens axial begrenzt. Der maximale Öffnungshub bestimmt sich über die Stauchung der Feder. Zum Schutz eines bei einer vorteilhaften Variante in den Federraum einfahrenden und beim Schließhub zurückfahrenden Führungselements ist die Längsbohrung im Mündungsbereich zum Federraum über eine flache Phase radial erweitert, so daß das eingefahrene Führungselement beim Zurückfahren nicht beschädigt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Führungselemente O-Dichtringe, beispielsweise mit einer Shore-Härte A im Bereich von 90.

Bei einer Ausführungsform kann Druckmittel über Bohrungen im Sitzkolben vom ablaufseitigen Arbeitsanschluß in den Federraum geführt werden, so daß in diesem ein Druck anliegt, der etwa dem Druck an dem ablaufseitigen Arbeitsanschluß entspricht. Dabei ist in vorgespannter Grundstellung zumindest eine Querbohrung zum ablaufseitigen Arbeitsanschluß hin über Passungsspiel bzw. einen Querschnitt geöffnet, während in Abhängigkeit vom Öffnungshub des Sitzkolbens ihr Öffnungsquerschnitt zugesteuert werden kann und somit eine Druckmittelströmung durch die Querbohrung nicht mehr möglich ist, sondern nur noch über einen Ringspalt erfolgen kann.

Zur Stabilisierung des Sitzkolben sind die Führungselemente möglichst weit voneinander beabstandet, wobei vorzugsweise das erste Führungselement nahe der Querbohrung angeordnet ist und das zweite Führungselement nahe dem Mündungsbereich der Längsbohrung zum Federraum.

Eine andere Ausführungsform sieht zur Verringerung einer Hysterese eine Eindrehung am Sitzkolben zwischen den Führungselementen vor, so daß kein Schleifen des Sitzkolbens auftreten kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist zur Erzielung eines verbesserten Ansprechverhaltens des DBV ablaufseitig ein Stauraum in Form einer radialen Zurückstufung des Sitzkolbens mit einer Ringstirnfläche ausgebildet. Axial ist der Stauraum durch den Ventilsitz und die Ringstirnfläche begrenzt. In Grundstellung kann Druckmittel aus dem Stauraum am Sitzkolben entlang in Richtung des ablaufseitigen Arbeitsanschlusses abfließen. Ein derartiger Stauraum ist in der älteren deutschen Patentanmeldung Nr. 102 60 662.5 der Anmelderin beschrieben.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden erfolgt eine ausführliche Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand schematischer Darstellungen. Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch eine bekannte Lösung eines Druckbegrenzungsventils,
2 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
3 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Sitzkolben aus 2 und
4 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs X der 2.
2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen direktgesteuerten Druckbegrenzungsventils (DBV) 2. Das DBV 2 hat ein mehrteiliges Ventilgehäuse 4 mit einer Längsbohrung 8, in der ein Sitzkolben 6 verschiebbar aufgenommen ist. Der Sitzkolben 6 ist über eine Feder 10 in seiner Grundstellung gegen ein Ventilsitz 12 vorgespannt. Die Feder 10 ist in einem Federraum 14 angeordnet und über eine Vorspanneinrichtung 16 verstellbar vorspannbar.
Das Ventilgehäuse 4 hat ein Federraumgehäuse 18 und einem Sitzkolbengehäuse 20. Das Federraumgehäuse 18 begrenzt den Federraum 14 zur Aufnahme der Feder 10 und ist über einen Schraubeingriff mit dem Sitzkolbengehäuse 20 verbunden. In dem Federraum 14 stützt sich die Feder 10 mit einem Endabschnitt 72 an einem Vorspannteller 60 der Vorspanneinrichtung 16 ab. Mit ihrem zweiten Endabschnitt 62 liegt sie an einem Federteller 24 des Sitzkolbens 6 an.
Die Vorspanneinrichtung 16 ist im hinteren Bereich des Federraumgehäuses 18 angeordnet. Neben dem Vorspannteller 60 und der Feder 10 hat die Vorspanneinrichtung 16 eine Vorspannschraube 64, die das Federraumgehäuse 18 durchsetzt und rückseitig an dem Vorspannteller 60 angreift. Zur Feststellung der eingestellten Vorspannung steht außerhalb des Federraumgehäuses 18 eine Feststellmutter 66 mit der Vorspannschraube 64 im Wirkeingriff.
In dem Sitzkolbengehäuse 20 ist die Längsbohrung 8 und ein vom Ventilsitz 12 aus betrachtet zulaufseitiger axialer Arbeitsanschluß A sowie ein ablaufseitiger radialer Arbeitsanschluß B zum Anschluß von Arbeitsleitungen (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Längsbohrung 8 ist zum axialen Arbeitsanschluß A hin offen. Mit dem radialen Arbeitsanschluß B steht die Längsbohrung 8 über eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Radialbohrungen 22 in Form eines Bohrungssterns in Verbindung. Zwischen den Arbeitsanschlüssen A, B ist im Sitzkolbengehäuse 20 in der Längsbohrung 8 der Ventilsitz 12 ausgebildet.
Die Längsbohrung 8 ist in Richtung des Federraums 16 über vier Stufen 26, 28, 30, 32 radial erweitert. Die erste Stufe 26 ist zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen A, B ausgeformt und dient zur Ausbildung des Ventilsitzes 12. Die zweite Stufe 28 dient in vorgespannter Grundstellung des Sitzkolbens 8 zur Aufnahme des Federtellers 24 und des an der Rückseite des Federtellers 18 angreifenden Endabschnitts 62 der Feder 10. Die dritte und vierte Stufe 30, 32 dienen zur Aufnahme des Federraumgehäuses 18.
Der Sitzkolben 6 ist ablaufseitig jenseits des radialen Arbeitsanschlusses B in seinem Führungsbereich über zwei umlaufende voneinander beabstandete Führungselemente 36 in der Längsbohrung 8 radial geführt. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Führungselemente 36 O-Dichtringe, die jeweils in einer Umfangsnut 38 (3) des Sitzkolbens 6 aufgenommen sind und dichtend an gegenüberliegenden Innenumfangsabschnitten 40 der Längsbohrung 8 anliegen.
Durch die Verwendung von zumindest zwei voneinander beabstandeten Führungselementen 36 ist gewährleistet, daß der Sitzkolben 6 bei einem Hub über zwei "Lager" in der Längsbohrung 8 geführt ist, so daß eine Dreh- bzw. Kippbewegung des Sitzkolbens 6 ausgeschlossen oder auf ein vertretbares Maß reduziert ist und der Sitzkolben 6 nicht wesentlich schwieriger in Schwingungen versetzt werden kann. Dabei ist die radiale Führung des Sitzkolbens 6 um so besser, je größer der Abstand zwischen den Führungselemente 36 ist. Neben dieser radial stützenden Funktion übernehmen die Führungselemente 36 noch eine axial dämpfende Funktion. Das Material der Führungselemente 36 ist so gewählt, daß zum Einen eine optimale Stützwirkung und Dämpfung erreicht wird, zum Anderen aber die über die Führungselemente 36 auf den Sitzkolben 6 wirkenden Reibungskräfte minimal sind, so daß das Ansprechverhalten des DBV 2 optimiert ist. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist als Material Fluorkautschuk mit einer Shore-Härte A im Bereich von 90 gewählt.
Zwischen den Führungselementen 36 ist der Sitzkolben 6 mit einer Eindrehung 42 versehen (3). Durch diese Eindrehung 42, die vorzugsweise mittig zwischen den Führungselementen 36 ausgebildet ist, wird ein radialer Abstand des Sitzkolbens 6 in seinem Außenumfangsbereich 76 zwischen den Führungselementen 36 und einem gegenüberliegenden Innenumfangsbereich 70 der Längsbohrung 8 vergrößert. Dadurch wird die Gefahr eines Verkantens oder Reibens des Sitzkolbens 6 reduziert, so daß die Hysterese des DBV 2 verringerbar ist.
Der Sitzkolben 6 hat keinen axialen Anschlag, der einen Öffnungshub des Sitzkolbens 6 axial begrenzt. Der maximale Öffnungshub bestimmt sich über die Stauchung der Feder 10. Zum Schutz eines in den Federraum 14 eintauchenden und beim Schließhub in die Längsbohrung 8 zurückfahrenden Führungselements 36 vor Beschädigung ist die Längsbohrung 8 im Mündungsbereich zum Federraum 14 über eine flache Phase 82 radial erweitert. Des Weiteren erfolgt durch die flache Phase 82 beim Zurückfahren automatisch eine Zentrierung des Sitzkolben 6 in der Längsbohrung 8.
Zulaufseitig bzw. stromaufwärts vom radialen Arbeitsanschluß 8 aus betrachtet ist der Sitzkörper 6 zur Bildung eines Stauraums 44 (4) zwischen dem Sitzkolben 6 und dem Sitzkolbengehäuse 22 in der Längsbohrung 8 radial zurückgestuft. Dieser zurückgestufte Bereich geht in eine stirnseitige Kegelfläche 68 über, die in vorgespannter Grundstellung auf dem Ventilsitz 12 aufliegt. Der Stauraum 44 ist axial durch den Ventilsitz 12 und eine sich durch die radiale Zurückstufung des Sitzkolbens 6 ergebende Ringstirnfläche 52 begrenzt, die eine Sitzkolbenkante 46 bzw. Schieberkante bildet. Der Stauraum 44 (4) ist bereits in der Schließstellung zu den Radialbohrungen 22 hin über kreissegmentartige Durehflußquerschnitte 48 zwischen der Sitzkolbenkante 46 und Innenkanten 50 der Radialbohrungen 22 des Sitzkolbengehäuses 20 geöffnet. Vorteilhafterweise befinden sich die Sitzkolbenkante 46 und die Radialbohrungen 22 in gewisser Entfernung vom Ventilsitz 12 bzw. vom axialen Arbeitsanschluß A, so daß eine Axialströmung des abfließenden Druckmittels am Sitzkolben 6 entlang gegen die Ringstirnfläche 52 (3) auftritt.
Bei sich vom Ventilsitz 12 abhebenden Sitzkolben 6 wirkt der Stauraum 44 in Verbindung mit der Ringstirnfläche 52 als Hubhilfe für den Sitzkolben 6, so daß ein vom Öffnungshub und somit vom Federweg weitgehend unabhängiges Ansprechverhalten des DBV realisiert ist. Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des Stauraums 44 ist der älteren deutschen Patentanmeldung Nr. 102 60 662.5 der Anmelderin zu entnehmen.
In dem Sitzkolben 6 ist eine sacklochartige Axialbohrung 54 (3) ausgebildet, die zum Federraum 14 hin geöffnet ist und ventilsitzseitig in zumindest einer Querbohrung 56 mündet. Somit kann ein am ablaufseitigen Arbeitsanschluß B anliegender Druck abgegriffen werden und im Federraum 14 anstehen. Vorzugsweise ist die Querbohrung als ein Bohrungsstern ausgebildet. In vorgespannter Grundstellung ist die Querbohrung 56 zum ablaufseitigen Arbeitsanschluß B hin geöffnet, während bei zunehmenden Öffnungshub ihr Öffnungsquerschnitt zum Arbeitsanschluß B hin durch eine Steuerkante 58 der Längsbohrung 8 zugesteuert wird (4). Die Steuerkante 58 ist in dem Sitzkolbengehäuse 20 kreissegmentartig durch die Schnittbereiche der Radialbohrungen 22 mit der Längsbohrung 8 ausgebildet. Nach dieser Zusteuerung kann Druckmittel zwischen den Radialbohrungen 22 und den Querbohrungen 56 nur über einen engen Ringspalt 80, der sich zwischen dem Außenumfang 84 des Sitzkolbens 6 und dem Innenumfang 78 der Längsbohrung 8 von dem dem ablaufseitigen Arbeitsanschluß B zugewandten Führungselement 36 des Sitzkolbens 6 bis zur Steuerkante 58 der Längsbohrung 8 erstreckt, strömen, so daß eine Dämpfung des Sitzkolbens 6 verstärkt wird.
Wie bereits vorstehend erläutert, sind zur verbesserten Stabilisierung des Sitzkolbens 6 die Führungselemente 36 möglichst weit voneinander beabstandet. Vorzugsweise ist ein Führungselement 36 nahe der Querbohrung 56 angeordnet ist und das andere Führungselement 36 – in Grundstellung – nahe dem Mündungsbereich der Längsbohrung 8 zum Federraum 14 (2).
Offenbart ist ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit einem Sitzkolben in einer Längsbohrung eines Ventilgehäuses, der in seinem Führungsbereich über zwei umlaufende voneinander beabstandete Führungselemente radial in der Längsbohrung geführt ist.

2: Druckbegrenzungsventil
4: Ventilgehäuse
6: Sitzkolben
8: Längsbohrung
10: Feder
12: Ventilsitz
14: Federraum
16: Vorspanneinrichtung
18: Federraumgehäuse
20: Sitzkolbengehäuse
22: Radialbohrung
24: Federteller
26: erste Stufe
28: zweite Stufe
30: dritte Stufe
32: vierte Stufe
34: Dichtring
36: Führungselemente
38: Umfangsnut
40: Innenumfangsabschnitt
42: Eindrehung
44: Stauraum
46: Sitzkolbenkante
48: Durchflußquerschnitt
50: Innenkante
52: Ringstirnfläche
54: Axialbohrung
56: Querbohrung
58: Steuerkante
60: Vorspannteller
62: Endabschnitt
64: Vorspannschraube
66: Feststellmutter
68: Kegelfläche
70: Innenumfangsbereich
72: Endabschnitt
74: Ringraum
76: Außenumfangsbereich
78: Innenumfang
80: Ringspalt
82: Phase
84: Außenumfang

Claims

Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit einem in einem Ventilgehäuse gegen einen Ventilsitz (12) vorgespannten Sitzkolben (6) zum Auf- und Zusteuern einer Druckmittelverbindung zwischen einem zulaufseitigen A und einem ablaufseitigen Arbeitsanschluß A, B, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzkolben (6) im Führungsbereich zumindest zwei voneinander beabstandete, umfangsseitig auf dem Sitzkolben aufgesetzte, umlaufende Führungselemente (36) hat, über die der Sitzkolben (6) radial in dem Ventilgehäuse (4) abgestützt ist.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (36) O-Dichtringe sind.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (36) eine Shore-Härte A im Bereich von 90 haben.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Führungselementen (36) eine Eindrehung am Sitzkolben (6) ausgebildet ist.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bohrungen (54, 56) zum Anliegen eines Drucks im Federraum (14) im Sitzkolben (6) ausgebildet sind, wobei bei geschlossenen Ventil zumindest eine Querbohrung (56) zum ablaufseitigen Arbeitsanschluß B hin geöffnet ist und ihr Öffnungsquerschnitt zum Arbeitsanschluß B in Abhängigkeit eines Öffnungshubs des Sitzkolbens (6) zusteuerbar ist.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung (8) im Mündungsbereich zum Federraum (14) über eine Phase (82) radial erweitert ist.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (36) weit voneinander beabstandet sind, wobei das erste Führungselement nahe der Querbohrung (56) angeordnet ist und das zweite Führungselement – in Grundstellung – nahe dem Mündungsbereich der Längsbohrung (8) zum Federraum (14).
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ablaufseitig ein Stauraum (44) mit einer Ringstirnfläche (52) zur Bildung einer Hubhilfe ausgebildet ist.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum (44) über eine radiale Zurückstufung des Sitzkolbens (6) ausgebildet ist, wobei der Stauraum (44) axial durch den Ventilsitz (12) und eine Ringstirnfläche (52) des Sitzkolbens (6) begrenzt ist.
Direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein axialer Abstand zwischen dem Ventilsitz (12) und dem ablaufseitigen Arbeitsanschluß B von solcher Größe vorhanden ist, daß eine Axialströmung des abfließenden Druckmittels am Sitzkolben (6) entlang auftritt.