DE4234626C2 - Druckgesteuertes Ventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem druckgesteuerten Ventil, insbesondere einem Druckregelventil für Luftfederanlagen von Nutzfahrzeugen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten druckgesteuerten Ventil dieser Art, das in Fig. 1 im Längsschnitt skizziert ist, ist am Umfang des Steuerkolbens eine Ringnut eingebracht, die auf beiden Seiten durch jeweils eine am Ventilgehäuse sich andrückende Ringdichtung einerseits gegenüber der zweiten Ventilkammer und andererseits gegenüber der Steuerkammer abgedichtet ist. Die Ringnut steht über eine Radialbohrung mit einer in den Steuerkolben axial eingebrachten Sacklochbohrung in Verbindung, die an dem dem Ventilteller zugekehrten freien Ende des Steuerkolbens frei mündet. In der ungesteuerten Grundstellung des Steuerkolbens, in welcher dieser vom Ventilteller abgehoben ist und der Ventilteller durch die Ventilschließfeder auf den Ventilsitz aufgedrückt ist, überdeckt die Ringnut im Steuerkolben die Mündung des dritten Ventilanschlusses und bildet zusammen mit der Sacklochbohrung die dritte Ventilkammer, die über die an der Stirnseite frei mündenden Sacklochbohrung mit der zweiten Ventilkammer verbunden ist. Die zweite Ventilkammer ist mit einem Druckmittelverbraucher und die dritte Ventilkammer mit einer Druckmittelsenke zu verbinden, während die erste Ventilkammer an einer Druckmittelquelle anzuschließen ist. Damit ist ein im ungesteuerten Zustand zwischen der Druckmittelquelle und dem Verbraucher geschlossenes 3/2-Wegeventil realisiert. Wird der Steuerkolben mit Steuerdruck beaufschlagt, verschiebt er sich und setzt sich mit dem auf seiner Stirnseite ausgebildeten Ventilsitz auf den Ventilteller so auf, daß die dritte Ventilkammer gegenüber der zweiten Ventilkammer abgeschlossen ist. Bei Weiterbewegung des Steuerkolbens hebt dieser den Ventilteller entgegen der Kraft der Ventilschließfeder vom Ventilsitz ab und verbindet damit die erste und zweite Ventilkammer.

Ein solches Ventil hat eine relativ große axiale Baulänge und wird ausschließlich als Ventil ausgeführt, das ungesteuert geschlossen ist. Will man dieses Ventil durch Vertauschen der Anschlüsse an dem ersten und dritten Ventilanschluß in ein Ventil umwandeln, das ungesteuert offen ist, so führt dies nur zu einem brauchbaren Ergebnis, wenn gleichzeitig die Sacklochbohrung im Steuerkolben wesentlich größer gemacht wird, was einen großen Kolbendurchmesser des Steuerkolbens bedingt, da bei solchen Ventilen üblicherweise große Durchflüsse verlangt werden und der Durchfluß nunmehr durch den Steuerkolben hindurchführt.

Aus der DE 36 27 278 A1 ist ein Drucksteuerventil be­ kannt, welches in einem Servo-Bremssystem einsetzbar ist. Um zuverlässig und mit kurzen Ansprechzeiten arbeiten zu können, hat das beschriebene Ventil einen vergleichsweise komplizierten Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein druckge­ steuertes Ventil zur Verfügung zu stellen, das einen möglichst geringen Bauraum beansprucht und möglichst geringe Herstellungskosten aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil baut auf dem Stand der Tech­ nik gemäß DE 36 27 278 A1 dadurch auf, dass sich die Schließfeder an der den Ventilsitzen abgewandten Seite des Ventiltellers abstützt, wodurch die genannte Aufgabe gelöst wird.

Das erfindungsgemäße Ventil hat weiterhin gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ventil den Vorteil, daß durch die erfindungsgemäße Verlagerung der dritten Ventilkammer mit dem darin mündenden dritten Ventilanschluß an das freie Ende des Ventilkolbens eine kompakte Bauweise des Ventils erzielt wird. Die dritte Ventilkammer ist durch die Axialbohrung mit der zweiten Ventilkammer verbunden, wobei diese Verbindung von dem Steuerkolben in Verbindung mit dem Ventilteller gesteuert wird. Die Axialbohrung des Ventilkolbens kann ohne Vergrößerung des Kolbendurchmessers groß genug gemacht werden, um die geforderten großen Durchflüsse zu realisieren. Diese fließen nun nicht mehr über den Steuerkolben, so daß dieser im Durchmesser klein ausgeführt werden kann. Zudem läßt sich das erfindungsgemäße Ventil wahlweise als im ungesteuerten Zustand zwischen der Druckmittelquelle und dem Druckmittelverbraucher geschlossenes oder offenes Ventil verwenden, und zwar ohne konstruktive Änderungen, allein durch den Anschlußwechsel von Druckmittelquelle und Druckmittelsenke an den mit der ersten und dritten Ventilkammer verbundenen Ventilanschlüssen.

Gegenüber dem eingangs beschriebenen bekannten druckgesteuerten Ventil gemäß Fig. 1 hat das erfindungsgemäße Ventil sowohl eine kleinere axiale Baulänge als auch einen kleineren Durchmesser des Steuerkolbens und kann daher kleiner ausgeführt werden. Außerdem wird eine Ringdichtung weniger benötigt, was Einsparungen bei den Herstellungskosten ermöglicht. Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Ventil durch eine hohe Flexibilität, geringen Raumbedarf und geringe Herstellkosten aus.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Das erfindungsgemäße Ventil läßt sich auch als ungesteuert geschlossenes oder offenes 2/2-Wegeventil ausführen, wenn gemäß einen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der in der ersten Ventilkammer oder in der dritten Ventilkammer mündende Ventilanschluß abgeschlossen wird. Auf diese Weise kann die Flexibilität des erfindungsgemäßen Ventils noch weiter gesteigert werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils ausschnittweise:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines bekannten druckgesteuerten Ventils, schematisch dargestellt,

Fig. 2 in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße Ventil im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer konstruktiven Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils gemäß Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 2 schematisch im Längsschnitt skizzierte druckgesteuerte Ventil weist ein Ventilgehäuse 10 auf, in dem eine Sacklochbohrung 11 mit drei Bohrungsabschnitten 111, 112 und 113 mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern eingebracht ist. Am Übergang vom Bohrungsabschnitt 111 zu dem Bohrungsabschnitt 112 mit maximalem Bohrungsdurchmesser ist ein erster Ventilsitz 12 ausgebildet, auf dem sich ein Ventilteller 13 unter der Wirkung einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Ventilschließfeder 14 aufpreßt. Die Ventilschließfeder 14 stützt sich einerseits auf der vom Ventilsitz 12 abgekehrten Rückseite des Ventiltellers 13 und andererseits an einer Gehäuseschulter 15 ab, die am Übergang vom zweiten Bohrungsabschnitt 112 zu dem demgegenüber im Durchmesser verkleinerten Bohrungsabschnitt 113 ausgebildet ist. Der Ventilteller 13 ist einstückig an einem Ventilkolben 16 ausgebildet, der im dritten Bohrungsabschnitt 113 axial verschieblich geführt ist. Eine Ringdichtung 17 liegt in einer Umfangsnut 18 im Ventilkolben 16 ein und drückt sich an die Bohrungswand des dritten Bohrungsabschnittes 113 an. Statt der Umfangsnut 18 im Ventilkolben 16 kann auch eine Ringnut in der Bohrungs­ wand des dritten Bohrungsabschnittes 113 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsvariante liegt die Ringdichtung 17 in der Ringnut im Ventilgehäuse 10 und dichtet am Umfang des Ventilkolbens 16 ab.

In dem ersten Bohrungsabschnitt 111 mit ebenfalls gegenüber dem Bohrungsabschnitt 112 verkleinerten Bohrungsdurchmesser ist ein Steuerkolben 19 aufgenommen, der einstückig einen durchmessergrößeren Führungsbund 20 trägt und mit diesem Führungsbund 20 in dem Bohrungsabschnitt 111 axial verschieblich geführt ist. Im Außenmantel des Führungsbundes 20 ist eine Ringnut 21 vorgesehen, in welcher eine Ringdichtung 22 einliegt und sich an die Bohrungswand des ersten Bohrungsabschnittes 111 flüssigkeitsdicht anpreßt. An der dem Ventilteller 13 zugekehrten Stirnseite des Steuerkolbens 19 ist ein zweiter Ventilsitz 23 ausgebildet, der sich bei Verschiebung des Steuerkolbens 19 an den Ventilteller 13 anlegt, wobei er die ventiltellerseitige Mündung 241 einer den Ventilkolben 16 mit Ventilteller 13 ganz durchziehenden zentralen Axialbohrung 24 umschließt. Zur flüssigkeitsdichten Auflage des Ventiltellers 13 auf den beiden Ventilsitzen 12,23 ist auf der freien Stirnseite des Ventiltellers 13 eine ringscheibenförmige Elastomerdichtung 25 angeordnet, die in einer in die Stirnseite des Ventiltellers 13 eingebrachten Ringnut 26 einliegt. Durch die beschriebene Anordnung von Ventilkolben 16 und Steuerkolben 19 in der Sacklochbohrung 11 werden dort drei Ventilkammern gebildet, in welchen jeweils einer von drei nach außen an das Ventilgehäuse 10 führenden Ventilanschlüssen mündet. Die erste Ventilkammer 27 ist dabei in dem mittleren Bohrungsabschnitt 112 mit dem größten Bohrungsdurchmesser ausgebildet, und wird von dem ersten Ventilsitz 12 und dem Ventilteller 13 gegenüber der im ersten Bohrungsabschnitt 111 gebildeten zweiten Ventilkammer 28 getrennt. Die dritte Ventilkammer 29 ist an dem vom Ventilteller 13 abgekehrten freien Ende des Ventilkolbens 16 im dritten Bohrungsabschnitt 113 ausgebildet und wird von der Stirnseite des Ventilkolbens 16 begrenzt, in welcher auch die ventilkolbenseitige Mündung 242 der zentralen Axialbohrung 24 liegt. In der ersten Ventilkammer 27 mündet der erste Ventilanschluß 30, der wahlweise an eine Druckmittelquelle oder eine Druckmittelsenke angeschlossen werden kann. In der zweiten Ventilkammer 28 mündet der zweite Ventilanschluß 31, der an einen Druckmittelverbraucher anzuschließen ist, und in der dritten Ventilkammer 29 mündet der dritte Ventilanschluß 32, der wahlweise mit einer Druckmittelsenke oder einer Druckmittelquelle zu verbinden ist. Die Ventilkammern 27 und 29 werden von der Ringdichtung 17 im Ventilkolben 16 gegeneinander flüssigkeitsdicht abgetrennt, während die Ringdichtung 22 im Führungsbund 20 des Steuerkolbens die zweite Ventilkammer 28 von einer ebenfalls im Bohrungsabschnitt 111 ausgebildeten Steuerkammer 33 flüssigkeitsdicht trennt. Die Steuerkammer 33 wird von der vom Ventilsitz 23 abgekehrten Stirnseite des Steuerkolbens 19 begrenzt und ist an eine druckmittelführende Steuerleitung anzuschließen.

Die Funktion des beschriebenen Ventils ist wie folgt:
Im ungesteuerten Zustand ist der Steuerkolben 19 vom Ventilteller 13 abgehoben und der Ventilteller 13 durch die Ventilschließfeder 14 auf den Ventilsitz 12 aufgepreßt. Die erste Ventilkammer 27 ist hermetisch abgesperrt, während über die zentrale Axialbohrung 24 im Steuerkolben 16 eine Verbindung zwischen der zweiten und dritten Ventilkammer 28, 29 besteht. Ist an dem dritten Ventilanschluß 32 eine Druckmittelquelle und an dem ersten Ventilanschluß 30 eine Druckmittelsenke angeschlossen, so ist das Ventil im ungesteuerten Zustand zwischen der Druckmittelquelle und dem Druckmittelverbraucher offen, und die Verbindung zwischen dem Druckmittelverbraucher und der Druckmittel­ senke ist geschlossen. Ist umgekehrt die Druckmittelquelle am ersten Ventilanschluß 30 und die Druckmittelsenke am dritten Ventilanschluß 32 angeschlossen, so ist das Ventil unerregt zwischen der Druckmittelquelle und dem Druck­ mittelverbraucher geschlossen.

Steigt der Druck in der Steuerkammer 33 an, so verschiebt sich der Steuerkolben 19 in Richtung Ventilteller 13 und setzt sich mit seinem Ventilsitz 23 auf die Elastomerdichtung 25 im Ventilteller 13 auf. Damit ist die Mündung 241 der zentralen Axialbohrung 24 gegenüber der zweiten Ventilkammer 28 abgedichtet und die Verbindung zwischen zweiter und dritter Ventilkammer 28, 29 gesperrt. Steigt der Steuerdruck auf den Steuerkolben 19 weiter an, so wird mit Weiterbewegung des Steuerkolbens 19 der Ventilteller 13 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 14 vom Ventilsitz 12 abgehoben und damit eine Verbindung zwischen der ersten Ventilkammer 27 und der zweiten Ventilkammer 28 hergestellt. Damit ist der an dem zweiten Ventilanschluß 31 liegende Druckmittelverbraucher mit der Druckmittelsenke oder - im Falle der Verwendung des Ventils als ungesteuert geschlossenes Ventil - mit der Druckmittelquelle verbunden.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt ausschnittweise eine konstruktive Ausführung des beschriebenen druckgesteuerten Ventils, wie es in Federungsanlagen von Nutzfahrzeugen eingesetzt werden kann. Dieses Ventil ist im Aufbau und in der Wirkungsweise identisch mit dem vorstehend beschriebenen Ventil, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Um mit dem zur Verfügung stehenden Steuerdruck jederzeit den Steuerkolben 19 betätigen zu können, ist, an dem Steuerkolben 19 auf seinem der Steuer­ kammer 33 zugewandten Ende ein Steuerkolbenabsatz 34 mit vergrößertem Durchmesser angeformt. Der Bohrungsabschnitt 111 hat einen entsprechenden Absatz, in dem der Steuer­ kolbenabsatz 34 aufgenommen ist. Eine umlaufende Dichtung 35 dichtet einen Spalt zwischem dem Steuerkolbenabsatz 34 und dem Ventilgehäuse 10 ab. Im Bereich zwischen der Ring­ dichtung 22 und der Dichtung 35 wird ein Raum 36 gebildet. Der Raum 36 ist über eine Entlastungsbohrung 37 mit der das Ventil umgebenden Atmosphäre bzw. mit der Drucksenke verbunden. Aus Fig. 3 ist ohne weiteres die kompakte Bauweise des Ventils mit geringer axialer Höhe zu sehen. Gegenüber dem in Fig. 1 skizzierten bekannten Ventil kann wegen der dort fehlenden dritten Ventilkammer am Steuerkolben die axiale Baulänge des Steuerkolbens 19 wesentlich verkürzt werden. Die zentrale Axialbohrung 24 im Ventilkolben 16 kann im Durchmesser recht groß ausgebildet werden, so daß das Ventil die geforderten großen Durchflüsse problemlos führen kann.

Das beschriebene druckgesteuerte 3/2-Wegeventil kann auch als 2/2- Wegeventil verwendet werden, in dem man entweder den ersten Ventilanschluß 30 oder den dritten Ventilanschluß 32 absperrt. Das 2/2-Wegeventil kann dabei sowohl ungesteuert offen als auch ungesteuert geschlossen betrieben werden.

Claims (3)

1. Druckgesteuertes Ventil, insbesondere Druckregelventil für Luftfederanlagen von Nutzfahrzeugen, mit drei gesteuerten Ven­ tilanschlüssen (30, 31, 32), die jeweils in einer von drei innerhalb eines Ventilgehäuses (10) ausgebildeten Ventilkam­ mern (27, 28, 29) münden, mit einem zwischen einer ersten (27) und zweiten Ventilkammer (28) angeordneten Ventilsitz (12), mit einem auf den Ventilsitz (12) durch eine Schließfeder (17) aufgepressten Ventilteller (13), mit einem den Ventilteller (13) vorzugsweise einstückig tragenden Ventilkolben (16), der im Ventilgehäuse (10) axial verschieblich geführt ist und über eine an der Gehäuseführungswand anliegende Umfangsdichtung (17) die erste Ventilkammer (27) abschließt sowie eine durch Ventilkolben (16) und Ventilteller (13) hindurchgehende, vor­ zugsweise zentrale Axialbohrung (24) aufweist, und mit einem im Ventilgehäuse (10) axial verschieblich geführten, gegenüber der Gehäuseführungswand abgedichteten Steuerkolben (19) zum Abheben des Ventiltellers (13) vom Ventilsitz (12), der eine mit Steuerdruck beaufschlagbare erste Kolbenfläche und eine davon abgekehrte, zusammen mit dem Ventilteller (13) die zwei­ te Ventilkammer (28) begrenzende Kolbenfläche aufweist und an dessen auf dem Ventilteller (13) aufsetzbaren Stirnseite ein zweiter Ventilsitz (23) so ausgebildet ist, dass er die ven­ tiltellerseitige Mündung der Axialbohrung (24) umschließt, wobei die dritte Ventilkammer (29) an dem von dem Ventilteller (13) abgekehrten freien Ende des Ventilkolbens (16) ausgebil­ det und von der die ventilkolbenseitige Mündung (242) der Axi­ albohrung (24) enthaltenden Stirnseite des Ventilkolbens (16) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfe­ der (17) an der den Ventilsitzen (12, 23) abgewandten Seite des Ventiltellers (13) abstützt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der zweiten Ventilkammer (28) mündende Ventilanschluß (31) zum Anschließen eines Druckmittelverbrauchers festgelegt und die beiden anderen Ventilanschlüsse (30, 32) zum Anschließen einer Druckmittelquelle und einer Druckmittelsenke vorgesehen sind.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der ersten Ventilkammer (27) mündende Ventilanschluß (30) oder der in der dritten Ventilkammer (29) mündende Ventilanschluß (32) abgeschlossen ist.