-
Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil,
mit einem in einem Ventilinnenraum eines Ventilgehäuses gegen
die Kraft einer Feder axial verschiebbar geführten Schließkörper, der
gegen einen Ventilsitz mit einem zylindrischen Grundkörper gedrückt wird,
gemäß dem Patentanspruch
1 sowie ein Verfahren zum Einstellen des Öffnungsdrucks gemäß dem Patentanspruch
16.
-
Druckbegrenzungsventile finden Anwendung
in Ölpumpenanlagen,
beispielsweise in Ölpumpenanlagen
zur Versorgung oder Servolenkung bei Kraftfahrzeugen.
-
Die Druckbegrenzungsventile haben
dabei die Aufgabe, bei einem bestimmten voreingestellten Maximaldruck
einen inneren, sogenannten Kurzschlussölkreislauf freizugeben, damit
in der Lenkung die maximal zulässigen
Druckkräfte
nicht überschritten
werden können.
-
Bekannterweise bestehen diese Druckbegrenzungsventile
aus einem in einem Ventilinnenraum eines Ventilgehäuses gegen
die Kraft einer Feder gelagerten Dichtungselement, das auf einen
in das Ventilgehäuse
eingebrachten Ventilsitz wirkt, wobei der Ventilsitz eine Durchgangsbohrung
besitzt, über
die der Öldruck
auf das Dichtungselement drückt.
Das Dichtungselement besitzt einen angeformten Kegel oder ist eine
Kugel, der/die durch die Feder gegen einen entsprechend ausgeformten
Sitz gepreßt
wird. Es ist bekannt, den Ventilsitz in das Ventilgehäuse einzuschrauben,
um durch das Einschrauben die Feder vorzuspannen. Der Ventilinnenraum
besitzt mindestens eine Bohrung, die eine Verbindung zwischen Ventilinnenraum
und einer Abflußleitung,
beispielsweise einer zu einem Tank einer hydraulischen Fördereinrichtung
führenden
Leitung herstellt.
-
Damit das Druckbegrenzungsventil
seiner Funktion gerecht wird, nämlich
bei einem bestimmten Überdruck
auszulösen,
muß es
in Abhängigkeit
des zu erwartenden Überdrucks
voreingestellt werden. Dazu ist bekannterweise vorgesehen, daß der Ventilsitz über eine
bestimmte Wegstrecke in das Ventilgehäuse eingeschraubt wird und
dabei die das Dichtungselement abstützende Feder zusammendrückt. Die
Einschraubtiefe des Ventilsitzes wird dabei durch Einlegen oder
Entnehmen entsprechender als Unterlegscheiben ausgebildete Einstellscheiben
realisiert, die den Abstand zwischen einer Anlagefläche des Ventilsitzes
und einem Anschlag am Ventilgehäuse einstellen.
-
Durch dieses definierte Einschrauben
des Ventilsitzes wird die Feder so vorgespannt, daß eine bestimmte
Federkraft entsteht, mit der das Dichtungselement gegen den Ventilsitz
gedrückt
wird. Erst bei Erreichen eines so eingestellten Wertes hebt der
auf das Dichtungselement wirkende Öldruck die vorgespannte Federkraft
auf und öffnet
das Ventil, so dass Öl
in den Ventilinnenraum und damit beispielsweise in den Tank zurück entweichen
kann.
-
In
DE 40 30 424 A1 ist ein Druckbegrenzungsventil
mit einem Ventilschließglied
beschrieben, welches einerseits einer hydraulischen Öffnungskraft
und andererseits mittelbar einer von der Druckfeder erzeugten Schließkraft unterworfen
ist. Dieses Druckbegrenzungsventil hat den Nachteil, dass die Federkraft
allenfalls durch Wechseln der Feder einstellbar ist und somit von
den zur Verfügung stehenden
Federn mit den entsprechenden Kennlinien abhängig ist. Das führt dazu,
daß die
Einstellung nur entsprechend ungenau erfolgen kann und außerdem ist
das Verfahren sehr aufwendig durchzuführen.
-
Bei den bekannten Druckbegrenzungsventilen
ist nachteilig, daß die
Voreinstellung mit Ungenauigkeiten behaftet ist, da eine Einstellung,
bedingt durch die Stärke
der verwendeten Einstellscheiben, immer nur in gewissen Stufen erfolgen
kann. Darüber hinaus
ist die Handhabung sehr umständlich,
da, soll eine zusätzliche
Scheibe eingelegt oder eine zuviel aufgelegte Scheibe entnommen
werden, der Ventilsitz jedes Mal komplett ausgeschraubt werden muss.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, das einfach aufgebaut ist und bei dem eine Voreinstellung
des Druckbegrenzungsventils mit großer Genauigkeit erfolgen kann,
und ein Verfahren zum Einstellen des Öffnungsdruckes anzugeben.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die
Merkmale gemäß Anspruch
1 und die Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 16 gelöst.
-
Der Ventilsitz, der die Kraft der
Feder einstellt, ist so in den Ventilinnenraum eingepreßt, dass er
die Kraft der Feder beeinflußt.
-
Hierdurch ist es sehr vorteilhaft
möglich,
eine sehr genaue Einstellung des Preßsitzes vorzunehmen und gleichzeitig
eine korrekte Ausführung
des Preßsitzes
zu kontrollieren.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, daß der
Ventilsitz in eine in dem Ventilinnenraum angeordnete, sich axial über den
Ventilinnenraum erstreckende Hülse
eingepreßt
ist. Hierdurch wird es sehr vorteilhaft möglich, insbesondere, wenn das
Ventilgehäuse
gleichzeitig den Ventilkolben eines Stromregelventils bildet, das
Druckbegrenzungsventil als separate Einheit vorzufertigen, wobei der
Ventilsitz vorzugsweise stufenlos in die Hülse einpreßbar ist. Eine derartig vorgefertigte,
das Druckbegrenzungsventil ergebende Einheit kann so problemlos
in unterschiedliche Ventilgehäuse,
insbesondere Ventilkolben, eingesetzt werden. Vor allem wird durch
die separate Vorfertigung des Druckbegrenzungsventils erreicht,
daß der
sehr genaue, gleichzeitig eine Feder vorspannende Preßvorgang
nicht unmittelbar am Ventilkolben durchgeführt werden muß, der sehr
empfindliche Dichtflächen
aufweist, die schon bei geringen Beeinträchtigungen, beispielsweise
durch Kratzer, zu Leckageverlusten an dem Ventilkolben führen können. Durch
die Bereitstellung einer separaten, das Druckbegrenzungsventil bildenden
Einheit, die vorzugsweise ebenfalls in das Ventilgehäuse einpreßbar ist,
wird eine übermäßige Beanspruchung
des Ventilgehäuses
während des
sehr präzisen,
unter einer relativ hohen Krafteinwirkung stattfindenden Einpreßvorgangs
des Ventilsitzes vermieden. Der Preßsitz zwischen der Hülse und
dem Ventilgrundkörper
ist, da keine weiteren Einstellungen vorzunehmen sind, relativ einfach
vorzunehmen, so daß hier
eine übermäßige Beanspruchung
des Ventilgehäuses
nicht erfolgt. Das Einpressen der Hülse in das Ventilgehäuse erfordert
darüber hinaus
wesentlich geringere Preßkräfte als
das Einpressen des Ventilsitzes direkt in das Ventilgehäuse oder
in eine separate Hülse.
-
Beim Betrieb einer Ventilanordnung
mit einem in eine separate Hülse
eingepreßten
Druckbegrenzungsventil bietet sich darüber hinaus der Vorteil, daß die Druckbegrenzung
sich nur an der Federkraft der voreingestellten Feder orientiert,
während der
Preßsitz
der Hülse
in dem Ventilgehäuse
auf das Druckbegrenzungsverhalten keinen Einfluß ausübt. Hiermit kommt es zu einem
sogenannten Fail-Safe-Verhalten
der Druckbegrenzung, das heißt, bei
einem Versagen der Pressung der Hülse in dem Ventilgehäuse sinkt
der das Druckbegrenzungsventil auslösende Maximaldruck ab.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, daß der
Ventilsitz und/oder die Hülse aus
Stahl oder Aluminium bestehen können
und das Ven tilgehäuse
aus Aluminium besteht. Durch eine Auswahl einer bestimmten Kombination
der Materialien der einzelnen zu verpressenden Bauelemente wird
ein eventuell vorhandenes unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten der
unterschiedlichen Materialien für
die Sicherheit der Preßverbindungen berücksichtigt.
So muß bei
relativ hohen auftretenden Betriebstemperaturen von ca. 300 °C und gleichzeitig
auf die Preßsitze
wirkenden hohen Betriebsdrücke,
beispielsweise bis auf 300 bar, ein Verschieben des Ventilsitzes,
und damit Verstellen des Druckbegrenzungsventils, verhindert werden.
Insbesondere kann durch die Auslegung der Preßsitze erreicht werden, daß das Ventilgehäuse aus
Aluminium besteht. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, insbesondere
wenn das Ventilgehäuse
einen Ventilkolben eines Stromregelventils ausbildet, daß der Ventilkolben in
einem Aluminiumgehäuse
laufen kann. Somit besitzen Ventilkolben und Gehäuse ein gleiches Wärmeausdehnungsverhalten,
und ein eventuelles Klemmen des Ventilkolbens wird vermieden.
-
Erfindungsgemäß wird in einem Verfahren der Öffnungsdruck
eines Druckbegrenzungsventils durch Einstellen einer ein Dichtungselement
gegen den Ventilsitz drückenden
Federkraft eingestellt. Die Einstellung des Öffnungsdrucks erfolgt dadurch,
daß der
Ventilsitz stufenlos in einen Ventilinnenraum eines Ventilgehäuses oder
in eine in den Ventilinnenraum einbringbare Hülse eingepreßt wird
und dabei eine das Dichtungselement gegen den Ventilsitz drückende Feder
vorgespannt wird. Dadurch, daß der Ventilsitz
mit einem von einer Pumpe bereitgestellten Volumenstrom eines Fluids
beaufschlagt wird, der durch eine Durchgangsöffnung des Ventilsitzes auf das
Dichtungselement des Druckbegrenzungsventils drückt und in Abhängigkeit
eines sich einstellenden Öldrucks
ein Meßwert
ermittelt wird, der eine Einstellkraft bestimmt, mit der eine Brechvorrichtung
auf den Ventilsitz drückt.
-
Es wurde gefunden, daß, wenn
man der Ventilsitz vorzugsweise zylinderförmig ausführt, der genau in eine entsprechende
Bohrung des Ventilgehäuses
bzw. der Hülse
paßt,
diesen durch Variation eines Preßweges zielgenau in eine wählbare Einpreßtiefe einpassen
kann und somit eine Federkraft der Feder genau eingestellt werden
kann. Bei einem zylindrischen Ventilsitz besteht darüber hinaus
nicht die Gefahr eines Rückspringens,
so daß dieses
Element besser und genauer als beispielsweise ein kugelförmiger Preßsitz positioniert
werden kann.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, daß,
während
der Ventilsitz mit einem Öldruck
beaufschlagt wird, der auf das Dichtungselement des Druckbegrenzungsventils
durch eine entsprechende Durchgangsbohrung des Ventilsitzes drückt, in
Abhängigkeit
des Öldruckes
ein Meßwert ermittelt
wird, der die Kraft bestimmt, mit der eine Preßvorrichtung auf den Ventilsitz
drückt.
-
Dazu ist vorgesehen, daß während des
Einpreßvorgangs
am Ventileingang ein Druckaufnehmer angeschlossen wird, der den
sich einstellenden Öldruck
mißt und
diesen an einen die Preßvorrichtung betätigenden
Einpreßwegregler
liefert. Die Einpreßkraft
kann vorteilhafterweise über
einen Elektromotor mit Spindelabtrieb oder einen Pneumatik- bzw.
Hydraulikzylinder aufgebracht werden.
-
Somit ist es in vorteilhafter Weise
möglich, daß während des
Einstellvorgangs der Öldruck
genau bestimmt wird und in Abhängigkeit
von diesem zu dem Zeitpunkt, zu dem an dem Druckbegrenzungsventil
ein bestimmter Druck anliegt, über
die Rückkopplung
auf den Einpreßwegregler
der Einpreßvorgang
sofort und damit höchst
genau gestoppt werden kann und damit eine genau dem Einstelldruck
entsprechende Federkraft der das Dichtungselement gegen den Ventilsitz
drückenden
Feder durch deren Vorspannen eingestellt - werden kann. In dem Moment,
in dem der Ventilsitz so weit in den Ventilinnenraum des Ventilgehäuses eingedrückt ist,
daß die Federkraft
der Feder so groß geworden
ist, daß das Dichtungselement
den Ventilsitz verschließt,
stellt der Druckaufnehmer einen Druckanstieg fest und meldet diesen
Zeitpunkt an den Einpreßwegregler.
-
Es ist weiterhin sehr vorteilhaft,
daß während des
Einpreßvorgangs
die Einpreßkraft
und der zurückgelegte
Einpreßweg
des Ventilsitzes in einem Kraft-Weg-Diagramm
aufgezeichnet werden und dieser ermittelte Wird mit einem vorher
bekannten, angenäherten
Wert verglichen wird.
-
Durch den Vergleich ist es möglich, eine
Kategorisierung einzelner Druckbegrenzungsventile in verschiedene
Anforderungsklassen zu erreichen.
-
Hiermit ist sichergestellt, daß der Preßsitz zuverlässig hergestellt
ist und sich im Betrieb nicht verstellt oder lockert. Somit ist
außerdem
kontrollierbar, ob eine möglicherweise
verkantete Einführung des
Ventilsitzes stattgefunden hat. Darüber hinaus kann auf diese Weise
gewährleistet
werden, daß sämtliche
eingestellten Druckbegrenzungsventile eine bestimmte Toleranz bei
der Voreinstellung nicht überschreiten
und somit die Funktionszuverlässigkeit einer
die Druckbegrenzungsventile enthaltenden Ventilanordnung hinsichtlich
ihrer Streubreite verringert werden kann.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil
und dem Verfahren zu seiner Einstellung ist es mög lich, daß der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils
stufenlos und damit sehr genau eingestellt werden kann. Bisher eingesetzte
Einstellhilfsmittel, wie Einstellschrauben oder Einstellunterlegscheiben,
können
eingespart werden, so daß eine vereinfachte
automatisierbare Montage möglich
wird. Des weiteren ergibt sich, daß das Druckbegrenzungsventil
nunmehr direkt unter Öldruck
eingestellt werden kann, da das umständliche Abschrauben des bisherigen
Ventilsitzes, um die Dicke des Einstellscheibenpakets zu korrigieren,
entfällt.
Darüber
hinaus braucht das Druckbegrenzungsventil wegen der eingestellten
Genauigkeit des Öffnungsdrucks
bei einer durchzuführenden
Prüfung
einer gesamten hydraulischen Fördereinrichtung
nicht mehr so oft ausgebaut werden.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen angegebenen
Merkmalen.
-
Die Erfindung soll nachfolgend in
Ausführungsbeispielen
anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert
werden. Es zeigen:
-
1 im
Schnitt ein Ventilkolben mit integriertem Druckbegrenzungsventil;
-
2 im
Schnitt ein Ventilkolben mit integriertem Druckbegrenzungsventil
in einer anderen Ausführung;
-
3 im
Schnitt ein Ventilkolben mit integriertem Druckbegrenzungsventil
in einer anderen Ausführung;
-
4 im
Schnitt ein Ventilkolben mit integriertem Druckbegrenzungsventil
in einer anderen Ausführung;
-
5 im
Schnitt eine Ventilanordnung mit einem Stromregelventil und einem
Druckbegrenzungsventil;
-
6 im
Schnitt eine Ventilanordnung mit einem Stromregelventil und einem
Druckbegrenzungsventil in einer anderen Ausführung;
-
7 ein
Einstellverfahren des Öffnungsdruckes
eines Druckbegrenzungsventils im Blockschaltbild.
-
1 zeigt
einen Ventilkolben 9, beispielsweise eines Stromregelventils,
mit einem integrierten, allgemein mit 10 bezeichneten Druckbegrenzungsventil.
-
Der Ventilkolben 9 bildet
für das
integrierte Druckbegrenzungsventil 10 ein Ventilgehäuse 12,
in dem ein Schließkörper beziehungsweise
ein Dichtungselement 14 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 12 kann – wie erwähnt – gleichzeitig
einen Ventilkolben eines nicht dargestellten Stromregelventils bilden,
der in einem Innenraum verschiebbar gelagert ist. Das Ventilgehäuse 12 bildet hierzu über seinen Umfang
Dichtflächen 13 aus.
Das Dichtungselement 14 besitzt einen kegelförmigen Schließkörper 16 sowie
einen Bund 18. An den Bund 18 greift eine Feder 20 an,
die am Grund des Ventilgehäuses 12 gegengelagert
ist. Das Ventilgehäuse 12 besitzt
an seinem einen Ende 22 eine sich axial erstreckende zylindrische Öffnung 24.
In diese zylindrische Öffnung 24 greift
ein Ventilsitz 26 ein, der eine Durchgangsbohrung 28 besitzt.
Die Durchgangsbohrung 28 wird an einer Seite 30 des Ventilsitzes 26 zu
einer sich auf dem Schließkörper 16 abstützenden
Dichtungsstufe 32 erweitert.
-
Auf der anderen Seite des Ventilsitzes 26 erweitert
sich die Durchgangsbohrung 28 zu einer ein Sieb 34 aufnehmenden Öleinlaßöffnung 36.
Das Ventilgehäuse 12 besitzt
darüber
hinaus eine als Auslaßöffnung dienende
Bohrung 38, die beispielsweise zu einem hier nicht dargestellten
Tank einer hydraulischen Fördereinrichtung
führt.
-
Der Ventilsitz 26 ist zylindrisch
ausgebildet und besitzt einen durchmesserkleineren Bereich 42, der über eine
Umfangsstufe 43 in einen durchmessergrößeren Bereich 44 übergeht.
Der Durchmesser des durchmesserkleineren Bereiches 42 entspricht dabei
dem Innendurchmesser der sich axial erstreckenden Öffnung 24.
Die Durchmesser des Bereiches 42 bzw. der Öffnung 24 sind
so gewählt,
daß sich
zwischen dem Ventilsitz 26 und dem Ventilgehäuse 12 ein
Preßsitz
ergibt. Der Einpreßvorgang des
Ventilsitzes wird anhand von 7 noch
näher erläu tert. Der
Umfangsstufe 44 des Ventilsitzes 26 liegt eine
als Anschlag ausgebildete Stirnfläche 48 des Ventilgehäuses 12 gegenüber.
-
In der 2 ist
ein weiteres Druckbegrenzungsventil 10 gezeigt, das im
wesentlichen den gleichen Grundaufbau wie das in 1 gezeigte Druckbegrenzungsventil besitzt
und bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
-
Das in 2 gezeigte
Druckbegrenzungsventil 10 weist in seinem Ventilgehäuse 12 eine
axiale Durchgangsbohrung 50 auf. An einem stirnseitigen Ende 53 des
Ventilgehäuses 12 ist
die axiale Durchgangsbohrung 50 mit einem zylindrischen
Stopfen 52 (beispielsweise aus Aluminium) verschließbar. Der Durchmesser
des zylindrischen Stopfens 52 ist so auf den Innendurchmesser
der Bohrung 50 abgestimmt, daß sich ein Preßsitz ergibt.
Auf einer Stirnfläche 54 des
Stopfens 52 stützt
sich die Feder 20 ab, die an ihrem anderen Ende an den
Bund 18 des Dichtungselements 14 angreift.
-
In 3 ist
ein weiteres Druckbegrenzungsventil 10 gezeigt, bei dem
wiederum gleiche Teile wie in den 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen
versehen und nicht nochmals erläutert
sind. In der zylindrischen Öffnung 24 ist
eine Hülse 100 angeordnet, die
in dem Ventilgehäuse 12 beispielsweise
eingepreßt
ist. Hierzu weist die Hülse 100 einen
durchmessergrößeren Bereich 102 auf,
der mit dem Ventilgehäuse 12 einen
Preßsitz
bildet. Ein durchmesserkleinerer Bereich 104 bildet mit
der Öffnung
24 einen Ringraum 106 aus.
Von dem Ringraum 106 führt
die Bohrung 38 beispielsweise zu einem Tank einer hydraulischen
Fördereinrichtung.
Die Hülse 100 besitzt eine
Sacköffnung 108,
in der das Dichtungselement 14 und die Feder 20 angeordnet
sind. Die Feder 20 stützt
sich hierbei an einem Grund 110 der Sacköffnung 108 sowie
an dem Bund 18 des Dichtungselements 14 ab. In
die Sacköffnung 108 der
Hülse 100 ist
ein Ventilsitz 112 eingepreßt. Der Ventilsitz 112 wird
dabei durch ein noch zu erläuterndes
Verfahren in die Sacköffnung 108 eingepreßt, so daß das Dichtungselement 14 die
sich an dem Grund 110 abstützende Feder 20 vorspannt.
Die Feder 20 drückt
dabei den Schließkörper 16 gegen
die Dichtungsstufe 32 des Ventilsitzes 112. Die
Hülse 100 besitzt
an ihrem offenen Ende eine Aufnahme für das Sieb 34. Die Hülse 100 erstreckt
sich über
die gesamte Länge
der Sacköffnung 108,
so daß sich
ein Boden 114 der Hülse 100 an
einem Grund 116 der Öffnung 24 des
Ventilgehäuses 12 abstützt. Im
Bereich 104 besitzt die Hülse 100 wenigstens
eine Durchgangsöffnung 118, die
eine Verbindung zwischen der Sacköffnung 108 und dem
Ringraum 106 herstellt.
-
In 4 ist
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
ein Druckbegrenzungsventil 10 gezeigt, wobei gleiche Teile
wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In der Öffnung 24 ist
hier eine Hülse 100 angeordnet,
die gleichzeitig einen Ventilsitz 120 ausbildet. Die Hülse weist
hierzu einen zylindrischen Innenraum 122 auf, der das Dichtungselement 14 und
die Feder 20 aufnimmt. Der Innenraum 122 bildet
die Dichtungsstufe 32 aus, gegen die das Dichtungselement 14 durch
die Kraft der Feder 20 gedrückt wird. In den Innenraum 122 ist
ein Stopfen 124 eingepreßt, an dessen einer Stirnfläche 126 sich die
Feder 20 abstützt.
Durch ein noch zu erläuterndes
Einpreßverfahren
wird der Stopfen 124 in den Innenraum 122 eingepreßt, so daß die Feder 20 vorgespannt
wird und mit einer bestimmten Federkraft den Schließkörper 16 des
Dichtungselements 14 gegen die Dichtungsstufe 32 drückt.
-
In den 5 und 6 sind beispielhaft komplette
Ventilanordnungen gezeigt, die jeweils ein Stromregelventil und
ein Druckbegrenzungsventil 10 aufweisen. Trotz eines teilweise
andersartigen Aufbaus der Druckbegrenzungsventile 10 zu
den in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen
sind für
gleiche Teile, die prinzipiell den gleichen Aufbau bzw. die gleiche
Aufgabe haben, zur Verdeutlichung der Erfindung gleiche Bezugszeichen
verwendet.
-
Die in 5 im
Längsschnitt
dargestellte Ventilanordnung 130 umfaßt ein Stromregelventil 132 sowie
ein Druckbegrenzungsventil 10. Beide Komponenten der Ventilanordnung 130 sind
in ein und derselben Ausnehmung 134 untergebracht, die in
das Gehäuse 136 einer
hydraulischen Fördereinrichtung
eingebracht ist. Im folgenden wird beispielhaft unterstellt, daß es sich
hier um eine Lenkhilfpumpe für
ein Kraftfahrzeug handelt. Es ist jedoch davon aus zugehen, daß Ventilanordnungen
der hier genannten Art bei beliebigen Hydraulikmaschinen, also Pumpen
oder Motoren, einsetzbar sind.
-
Die Ausnehmung 134 ist hier
durch eine einseitig offene Bohrung 138 realisiert, also
durch eine Sackbohrung. In den Grund 140 der Bohrung 138 ist eine
Vertiefung 142 eingebracht, die das Druckbegrenzungsventil 10 aufnimmt.
-
Die Öffnung der Bohrung 138 ist
durch einen Anschlußstopfen 144 abgeschlossen,
der auf geeignete Weise in die Bohrung 138 eingebracht
ist, beispielsweise durch ein Gewinde 146. Der Anschlußstopfen
weist einen in das Innere der Ausnehmung 134 reichenden
Vorsprung 148 auf, der beispielsweise zylindrisch ausgebildet
sein kann. In den Boden 150 des Vorsprungs ist eine Öffnung 152 eingebracht,
durch die ein hier konzentrisch zum Vorsprung 148 ausgebildeter
Dorn 154 in das Innere des Vorsprungs 148 ragt,
der von dem Grundkörper
eines Kolbens 9 des Stromregelventils 132 entspringt.
-
Der Dorn 154 weist einen
Durchgangskanal 156 auf, der in einer Blende 158 mit
definiertem Querschnitt mündet,
der hier kleiner ist als der Querschnitt des Durchgangskanals 136.
Diese öffnet
sich im Inneren des Vorsprungs 148.
-
Der Kolben 9 wird von einem
elastischen Element, das hier beispielsweise als Schraubenfeder 160 ausgebildet
ist, mit einer Vorspannkraft beaufschlagt, die diesen von links
nach rechts gegen einen Anschlag 162 drückt. Dieser ist hier beispielsweise durch
einen in eine Nut eingesetzten Sprengring realisiert, der in das
Innere der Ausnehmung 134 beziehungsweise der Bohrung 138 ragt.
Der Kolben 9 kann hohl ausgebildet sein, so daß die Schraubenfeder 160 in
dessen Inneres hineinragt und sich am Grund des hohlen Kolbens 9 einerseits
und am Grund 140 der Bohrung 138 andererseits
abstützt.
-
Der Außendurchmesser des Dorns 154 ist kleiner
gewählt
als der des übrigen
Kolbens 9, so daß im
Bereich des Dorns 154 ein erster Druckraum 164 gebildet
wird, in den ein Kanal 166 mündet; dieser ist mit der Druck-
beziehungsweise Förderseite
der hydraulischen Fördereinrichtung
beziehungsweise der Lenkhilfpumpe verbunden.
-
Der erste Druckraum 164 ist über die Öffnung 152 mit
einem im Inneren des Anschlußstopfens 144 liegenden
Innenraum 168 verbunden, der mit dem Verbraucher der hydraulischen
Fördereinrichtung,
hier also mit dem Lenkgetriebe des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Von der Lenkhilfpumpe über
den Kanal 166 in den ersten Druckraum 169 gelangendes
Drucköl
kann also durch die Öffnung 152 in
den Innenraum 168 des Anschlußstopfens 144 und von
dort zum Lenkgetriebe gelangen.
-
Der Dorn 154 ragt durch
die Öffnung 152 bis in
den Innenraum 168 des Anschlußstopfens 144, so daß der hier
herrschende Druck über
die Blende 158 und den Durchgangskanal 156 bis
in den Hohlraum 170 des hohlen Kolbens 9 weitergeleitet
wird. Da sich der Hohlraum 170 frei zu dem zwischen Kolben 9 und dem
Grund 140 der Bohrung 138 zu einem zweiten Druckraum 172 öffnet, wird
der im Innenraum 168 des Verschlußstopfens 144 herrschende
Druck bis in den zweiten Druckraum 172 zwischen Kolben 9 und Grund 140 übertragen.
-
Das Druckbegrenzungsventil 10 weist
einen hier beispielhaft zylindrisch ausgebildeten Grundkörper auf,
der eine innen hohle Hülse 100 aufweist,
die sich zum zweiten Druckraum 172 öffnet. Die Hülse 100 ist
hier so lang ausgebildet, daß ihre Öffnung 174 im
Hohlraum 170 des Kolbens 9 angeordnet ist. An dem
der Öffnung 174 gegenüberliegenden
Boden 176 stützt
sich die Feder 20 ab, die ein Widerlager 178 mit
einer in 5 von links
nach rechts wirkenden Federkraft beaufschlagt. Das Widerlager drückt den
Verschlußkörper 16,
der hier als Kugel ausgebildet ist, gegen einen im Inneren der Hülse 100 angeordneten
Ventilsitz 112, der mit dem Durchgangskanal 28 versehen
ist. Der Ventilsitz 112 ist dabei in die Hülse 100 eingepreßt. Der
Verschlußkörper 16 kann sich
unter Einwirkung der Feder 20 dichtend gegen die Mündung, die
die Dichtungsstufe 32 ausbildet, des Durchgangskanals 28 anlegen,
der an seinem dem Verschlußkörper gegenüberliegenden
Ende sich zum Hohlraum 170 und damit auch zum zweiten Druckraum 172 öffnet.
-
Das Widerlager 178 ist im
Inneren der Hülse 100 frei
beweglich. Sein Außendurchmesser
ist kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 100, so daß gegebenenfalls
durch den Durchgangskanal 28 in das Innere der Hülse 100 gelangendes
Druckmedium das Widerlager 178 ohne weiteres umströmen kann.
-
In den Innenraum 122 der
Hülse 100,
der von dem Ventilsitz 112 abgeschlossen wird, mündet ein Kanal 180,
der sich durch das Gehäuse 136 erstreckt und
beispielsweise zu einem Tank oder der Ansaugseite der Fördereinrichtung
führt.
Der Innenraum 122 bildet also einen dritten Druckraum,
der über
eine Öffnung 182 mit
dem Kanal 180 verbunden ist.
-
Die in 6 im
Längsschnitt
wiedergegebene Ventilanordnung 130 ist grundsätzlich gleich
aufgebaut wie die anhand von 5 erläuterte.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so daß auf die
Erläuterungen
zu 5 verwiesen werden
kann.
-
Der Aufbau des Druckbegrenzungsventils 10 in 6 unterscheidet sich letztlich
nur unwesentlich von dem des Druckbegrenzungsventils 10 gemäß 5. Das Druckbegrenzungsventil 10 weist
einen Grundkörper
auf, der als Verschlußstopfen 184 ausgebildet,
der die hier als Durchgangsbohrung 186 ausgebildete Ausnehmung 134 auf
ihrer linken Seite verschließt,
während
ihre rechte Seite von dem Anschlußstopfen 144 abgeschlossen
wird, wie anhand von 5 erläutert.
-
Die den Kolben 9 des Stromregelventils 132 mit
einer von rechts nach links wirkenden Vorspannkraft beaufschlagende
Schraubenfeder 160 stützt sich
hier nicht am Grund der einseitig offenen Bohrung gemäß 5, sondern am Grundkörper des Verschlußstopfens 189 ab,
so daß der
Kolben 9 nach rechts gegen einen Anschlag 162 gedrängt wird,
wie dies anhand von 5 bereits
erläutert
wurde.
-
Ein konstruktiver Unterschied zwischen
der Ventilanordnung 130 in 5 und
der Ventilanordnung 130 in 6 liegt
darin, daß die
den Kolben 9 nach rechts gegen den Anschlag 162 drängende Schraubenfeder 160 bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 nicht im Hohlraum 170 verläuft, sondern
außen
an einer geeigneten Widerlagerschulter 192 anliegt und
so eine Druckkraft auf den Kolben 9 ausübt. In der Funktion ergeben
sich dadurch keine Unterschiede gegenüber dem Ausführungsbeispiel
in 5.
-
Der Grundkörper 184 des Druckbegrenzungsventils 10 setzt
sich in einer Hülse 100 fort,
die in den zweiten Druckraum 172 ragt und sich hier im Inneren
des Kolbens 9, also in dessen Hohlraum 170, öffnet. Der
im Inneren des Druckbegrenzungsventils 10 vorhandene dritte
Druckraum 188 ist über
eine hier als Stichkanal 190 ausgebildete Öffnung mit
einem Kanal 180 verbunden, der beispielsweise zu einem
Tank oder zur Ansaugseite der hydraulischen Fördereinrichtung beziehungsweise
Lenkhilfpumpe führt.
-
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 100 mit
dem Verschlußstopfen 184 einstöckig ausgebildet,
wobei hier der Ventilsitz 112 ebenfalls in die Hülse 100 eingepreßt ist.
Bei den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen wird
durch das Einpressen des Ventilsitzes 112, wobei der Einpreßvorgang
anhand von 7 noch näher erläutert wird,
die Feder 20, die über
das Widerlager 178 den Schließkörper 16 gegen die
Dichtstufe 32 drückt,
vorgespannt.
-
Die in den 1 bis 6 gezeigten
Druckbegrenzungsventile 10 üben folgende Funktion aus, wobei
sich im wesentlichen auf das in 1 dargestellte
Druckbegrenzungsventil bezogen wird. Die Funktion der weiteren dargestellten
Druckbegrenzungsventile 10 ist jedoch vollkommen analog,
was schon mit den gleichen Bezugszeichen trotz eines teilweise unterschiedlichen
Aufbaus zum Ausdruck gebracht werden soll. Auf die Funktion der
dargestellten Ventilkolben 9 soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung
nicht weiter eingegangen werden.
-
Über
eine nicht dargestellte Rückkoppelleitung
ist die Öleinlaßöffnung 36 mit
einer beispielsweise zu einer Servolenkung eines Kraftfahrzeuges
führenden Öldruckleitung
verbunden. Steigt der Öldruck in
dieser Verbindungsleitung, aus hier nicht näher zu betrachtenden Gründen, über ein
vorherbestimmtes Maß an,
drückt
das Öl
durch die Durchgangsbohrung 28 des Ventilsitzes 26 auf
das Dichtungselement 14. Wenn der Öldruck einen bestimmten Wert überschreitet,
drückt
der Bund 18 des Dichtungselementes 14 auf die
Feder 20 und drückt
diese zusammen.
-
In diesem Moment wird zwischen der
Durchgangsbohrung 28 und dem Innenraum des Ventilgehäuses 12 bzw,
dem Innenraum 122 der Hülse 100 eine
Verbindung hergestellt. Durch diese Verbindung erfolgt ein Druckabbau,
so daß das Öl hinter
dem Dichtungselement unter einem niedrigen Druck steht und über die Ölauslaßöffnungen 38 im
Ventilgehäuse 12 zurück, beispielsweise
in den Tank oder die Ansaugseite einer hydraulischen Fördereinrichtung
fließen
kann.
-
Ist der Öldruck im Lenksystem durch
Systembedingungen soweit abgebaut, daß er den vorherbestimmten Grenzwert
nicht mehr erreicht, wird mittels der Federkraft der Feder 20 der
kegelförmige Schließkörper 16 des
Dichtungselementes 14 wieder an die Dichtungsstufe 32 des
Ventilsitzes 26 gedrückt und
schließt
das Druckbegrenzungsventil 10 somit.
-
Damit wird deutlich, daß der Vorherbestimmung
der Federkraft, mit der das Dichtungselement 14 an die
Dichtungsstufe 32 des Ventilsitzes 26 angedrückt wird,
für die
Auslösung
des Druckbegrenzungsventils 10 eine besondere Bedeutung
zukommt.
-
Bei den beschriebenen Druckbegrenzungsventilen 10 wird
die von der Feder 20 ausgehende Federkraft dadurch eingestellt,
indem der Ventilsitz 26, gemäß 1, in einem bestimmten Maße in die zylindrische Öffnung 24 eingepreßt wird
und damit gleichzeitig der Bund 18 des Dichtungselements 14 gegen
die Feder 20 drückt,
die am Grund der zylindrischen Öffnung 24 abgestützt ist.
Bei dem in 2 ge zeigten
Ausführungsbeispiel
kann einerseits der Ventilsitz 26 in die zylindrische Öffnung 24 eingepreßt werden
und andererseits der Stopfen 52 in die axiale Durchgangsbohrung 50 eingepreßt werden. Diese
Preßvorgänge können entweder
gleichzeitig von beiden Seiten durchgeführt werden, oder der Ventilsitz 26 wird
soweit eingepreßt,
bis die Ringstufe 44 an dem Anschlag 48 anliegt
und dann wird über ein
stufenloses Einpressen des Stopfens 52 die Feder 20 vorgespannt.
Dies sei jedoch nur beispielhaft genannt, so ist es selbstverständlich auch
möglich, den
Ventilsitz 26 und den Stopfen 52 jeweils nur teilweise
oder je nur eines der beiden Elemente einzupressen.
-
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Ventilsitz 112 in
die Hülse 100 eingepreßt und hierdurch
das Dichtungselement 14 gegen den Grund 110 der
Sacköffnung 108 bewegt,
so daß die
Feder 20 vorgespannt wird. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird die Vorspannung
der Feder 20 durch Einpressen des Stopfens 124 erreicht.
Der Stopfen 124 wird dabei so weit in den Innenraum 122 hineingepreßt, bis
die gewünschte
Vorspannung der Feder 20 erreicht ist. Nach einem nicht
gezeigten Ausführungsbeispiel
kann eine Vorspannung der Feder 20 auch dadurch eingestellt
werden, indem in eine Hülse 100 einerseits
ein Ventilsitz 112 und andererseits ein Stopfen 124 eingepreßt wird.
Die Vorspannung kann dabei durch gleichzeitiges von beiden Seiten
erfolgendes Einpressen erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, entweder
erst den Ventil sitz 112 oder den Stopfen 124 einzupressen
und dann das zuvor nicht eingepreßte Teil definiert zur Einstellung
einer Vorspannung der Feder 20 einzupressen.
-
Bei den in den 3 und 4 gezeigten
Ausführungsbeispielen
ist ein Vorspannen der Feder 20 und damit Einstellen des
Druckbegrenzungsventils 10 separat durchführbar, das
heißt,
das Einpressen des Ventilsitzes 112 und/oder des Stopfens 124 erfolgt,
bevor die Hülse 100 in
das Ventilgehäuse 12 eingesetzt
wird. Somit wird erreicht, daß die
empfindlichen Dichtflächen 13 des
Ventilgehäuses 12 während des
Vorspannens der Feder 20 nicht belastet werden, da das
Einpressen der Hülse 100 in
das Ventilgehäuse 12 eine
wesentlich geringere Preßkraft
erfordert als das Einpressen des Ventilsitzes 112 oder
des Stopfens 124 in die Hülse 100. Eine separat
hergestellte, ein Druckbegrenzungsventil 10 aufnehmende
Hülse 100 kann
mit beliebigen Ventilgehäusen
kombiniert werden. Somit ist bei den in den 3 und 4 gezeigten
Ausführungsbeispielen
gegenüber
den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen
der Vorteil gegeben, daß nur
eine bestimmte Hülse
in großer
Stückzahl
vorgefertigt und zu einem Druckbegrenzungsventil 10 bestückt werden
kann, die dann in unterschiedlichste Ventilgehäuse 12 einsetzbar
ist. Somit ist nicht eine jedem unterschiedlichen Ventilgehäuse 12 angepaßte Aufnahmevorrichtung
zur Durchführung
des Einpressens der Ventilsitze und/oder der Stopfen notwendig.
-
Bei den in den 5 und 6 gezeigten
Ausführungsbeispielen
ist ebenfalls ein von der gesamten Ventilanordnung 130 beziehungsweise
von dem Stromregelventil 132 unabhängiges Einstellen des Druckbegrenzungsventils 10 möglich. Dies
bildet ebenfalls, wie bereits in den 3 und 4 erläutert, eine separate Einheit.
Hierzu kann der Ventilsitz 112 in die Hülse 100, gemäß 5, oder in den Verschlußstopfen 184 mit
der angeformten Hülse 100 eingepreßt und eingestellt
werden. Das Einstellen der Vorspannung der Feder 20 erfolgt
durch das in 7 erläuterte Verfahren,
wobei der Ventilsitz 112 stetig und stufenlos in die Hülse 100 einpreßbar ist. Somit
ist ein sehr genaues Vorspannen der Feder 20 und damit
Einstellen eines Öffnungsdrucks
des Druckbegrenzungsventils 10 möglich. Gegenüber den
in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen
wird der in den 5 und 6 gezeigte Ventilkolben 9 keiner
weiteren Beanspruchung durch das Einsetzen eines Druckbegrenzungsventils 10 unterworfen,
so daß der
Ventilkolben 9 separat relativ einfach herstellbar ist
und Beschädigungen
der empfindlichen Dichtflächen
durch nachträgliches
Einfügen
eines Druckbegrenzungsventils 10 ausgeschlossen sind.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen
des Öffnungsdruckes
wird anhand des in 1 gezeigten
Druckbegrenzungsventils 10 in der 7 näher
erläutert.
Die Einstellung des Öffnungsdruckes
bei den weiteren Ausführungsbeispielen kann
vollkommen analog erfolgen.
-
Der Ventilkolben 9 mit integriertem
Druckbegrenzungsventil 10 ist hier schematisch gezeichnet, und
der Verfahrensablauf ist am Blockschaltbild verdeutlicht. Eine Prüf- bzw.
Einstelleinrichtung 58 besitzt eine Ventilaufnahmevorrichtung 60,
die sich axial auf wenigstens eine Kraftmeßeinrichtung 62 abstützt und
wenigstens eine Ölzulaufbohrung 64 und eine Ölablaufbohrung 66 besitzt.
Die Ventilaufnahmevorrichtung 60 besitzt außerdem noch
eine Aufnahmebohrung 68, die das Druckbegrenzungsventil 10 paßgenau aufnehmen
kann. Das Ventilgehäuse 12 liegt
dabei mit seinen Dichtflächen 13 an
der Wandung der Aufnahmebohrung 68 an.
-
Um die Druckkraft gegen die Einstellvorrichtung 58 so
gering wie möglich
zu halten, ist am Boden der Ventilaufnahmevorrichtung 60 eine
zusätzliche
Dichtung 70 mit kleinerem Innendurchmesser angeordnet.
-
Wenn das Druckbegrenzungsventil 10 mit seinem
Ventilsitz 26 auf die Dichtung 70 gedrückt wird,
dichtet diese den Öldruck
soweit ab, daß Drucköl nicht
nach außen,
das heißt,
von der Ölzulaufbohrung 64 nicht
direkt in die Aufnahmebohrung 68 entweichen kann. Gleichzeitig
begrenzt die Dichtung 70 die druckwirksame Fläche auf
ein geringeres Maß,
so daß die
Druckkraft gegen die Einpreßkraft auf
einem niedrigen Niveau gehalten werden kann.
-
Die Prüfeinrichtung besitzt weiterhin
eine über
eine von einem Motor 74 angetriebene Ölpumpe 76 und ein
in einer Zuflußleitung 78 zur
Prüfeinrichtung
eingeschaltetes Volumenstrommeßgerät 80. Das
Volumenstrommeßgerät 80 erfaßt die Fördermenge
der Pumpe 76 und meldet diese an einen Durchflußregler 82.
Der Durchflußregler 82 wiederum
steuert den Motor 74 an, so daß die Pumpe 76 nur
eine bestimmte vorgegebene Menge Öl an das Druckbegrenzungsventil 10 liefert.
-
Ein direkt am Eingang der Prüfvorrichtung angeordneter
Druckaufnehmer 84 registriert den gerade eingestellten Öldruck und
meldet diesen an einen Einpreßwegregler 86,
der mit einer Preßvorrichtung 88 in
Wirkverbindung steht, weiter.
-
Der Einpreßwegregler 86 steuert
zum Beispiel über
einen E-Motor 89 die Bewegung der Preßvorrichtung 88. Der
Einpreßwegregler 86 wirkt
unmittelbar auf die Preßvorrichtung 88,
so daß ein
sofortiges Stoppen beziehungsweise Ingangsetzen möglich ist.
-
Weiterhin ist die Prüf- und Einstelleinrichtung 58 neben
den Kraftmeßeinrichtungen 62 mit
einem Wegmeßsensor 90 versehen.
Die Kraftmeßeinrichtung 62 und
der Wegemeßsensor 90 liefern
während des
Einpreßvorgangs
der Einpreßkraft
beziehungsweise des zurückgelegten
Einpreßweges
analoge Signale, die in einem Kraft-Weg-Diagramm 92 aufgezeichnet
werden.
-
Diese zusätzliche Kontrollmöglichkeit
erhöht die
Prozeßsicherheit
des Einstellverfahrens, da so die Einpreßkraft von dem dabei tatsächlich zurückgelegten
Einpreßweg
abhängig
kontrolliert werden kann. So ist ausgeschlossen, daß beispielsweise durch
Verkantungen oder Ungenauigkeiten in der Preßpassung zwischen Ventilgehäuse 12 und
Ventilsitz 26 eine größere Kraft
aufgebracht wird, die sich nicht in einem zurückgelegten Einpreßweg niederschlägt.
-
Durch Vergleich des Kraft-Weg-Diagramms 92 mit
einem vorherbestimmten Fenster ist darüber hinaus die Streubreite
sämtlicher
nacheinander einzustellender Druckbegrenzungsventile überprüfbar, so
daß möglicherweise
eine Kategorisierung einzelner Druckbegrenzungsventile 10 in
verschiedene Anforderungsklassen erfolgen kann.
-
Während
des Einpreßvorgangs
wird über
die Pumpe 76, die Zuflußleitung 78 und die Ölzulaufbohrung 64 das
in die Einstelleinrichtung 58 eingebrachte Druckbegrenzungsventil 10 mit
einem über
den Durchflußregler 82 eingestellten
Volumenstrom beaufschlagt. Da der in das Ventilgehäuse 12 voreingepreßte Ventilsitz 26 noch
nicht weit genug in die Öffnung 24 eingepreßt ist,
ist der sich aufbauende Öldruck
noch niedriger als der gewünschte
Einstelldruck. Das Dichtungselement 14 drückt die
Feder 20 zusammen, so daß sich eine Verbindung über die Öffnung 38 zu
der Ölablaufbohrung 66 einstellt.
Je weiter der Ventilsitz 26 eingepreßt wird, um so mehr nimmt die
Federkraft der Feder 20 zu, mit der diese gegen das Dichtungselement 14 drückt. Bei
einem bestimmten erreichten Einpreßweg des Ventilsitzes 26 ist
die Federkraft so weit angestiegen, daß der Öldruck in der Zuflußleitung 78 den
gewünschten
Wert erreicht hat. Der ansteigende Öldruck wird von dem Druckaufnehmer 84 gemessen
und an den Einpreßwegregler 86 gemeldet.
Dieser vergleicht den gemeldeten Öldruck mit einem Solldruck
und regelt die Preßvorrichtung 88 entsprechend.
Nach Abschluß des
Preßvorgangs
kann das eingestellte Druckbegrenzungsventil aus der Einstelleinrichtung 58 entnommen
werden.
-
Insgesamt ist mit der Erfindung ein
Druckbegrenzungsventil geschaffen, bei dem sich durch Einpressen
eines Ventilsitzes und/oder eines Stopfens ein Öffnungsdruck automatisch stufenlos
einstellen läßt und dabei
durch Messung der Einpreßkraft
die korrekte Ausführung
des Preßsitzes
hergestellt und überwacht
wird. Durch das erfindungsgemäße Einpreßverfahren
wird es möglich,
Druckbegrenzungsventile genau und kostengünstig zu montieren und einzustellen.