Druckbegrenzungsventil

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil mit einem Gehäuse, einem Ventilsitz, der im Gehäuse ausgebildet ist, und einem Ventilelement, das von einer Rückstellfeder gegen den Ventilsitz beaufschlagt wird.

Derartige Ventile sind aus dem Stand der Technik bekannt (vgl. Figur 1) und sitzen beispielsweise am Gehäuse einer Pumpe für eine Servolenkung. Dieses Pumpengehäuse umschließt einen Druckraum, der bei überschreiten eines durch die Rückstellfeder des Druckbegrenzungsventils einstellbaren Innendrucks über das Druckbegrenzungsventil Hydraulikfluid an die Umgebung abgeben kann. Der Druck des abströmenden Hydraulikfluids fällt dabei schlagartig vom hohen Innendruck des Druckraums auf einen Umgebungsdruck ab, der in der Regel dem Atmosphärendruck entspricht. Diese abrupte Druckänderung des abströmenden Hydraulikfluids ist problematisch, da im Hydraulikfluid gelöstes Gas in der Form von Gasblasen aus dem Fluid ausfällt, was zu einer unerwünschten Schaumbildung führt.

Um diese Schaumbildung zu verhindern oder wenigstens zu reduzieren, ist im Stand der Technik eine Umlenkscheibe am Druckbegrenzungsventil vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Druckbegrenzungsventile, die bei der Ventilöffnung eine reduzierte oder verhinderte Schaumbildung aufweisen, konstruktiv zu verbessern und/oder zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Strömungsberuhigungskanal vorgesehen ist, der stromabwärts des Ventilsitzes zwischen dem Ventilelement und dem Gehäuse ausgebildet ist. Beim öffnen des Druckbegrenzungsventils stellt sich in diesem Strömungsberuhigungskanal ein Druck ein, der zwischen dem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck liegt. Der Druckabfall des abströmenden Hydraulikfluids erfolgt dadurch langsamer und über eine vergleichsweise große Strömungsstrecke, so daß wenig oder gar kein Gas aus dem Fluid ausfällt und folglich eine Schaumbildung reduziert oder vollständig verhindert wird.

In einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Einprägung auf, deren zylindrische Fläche die Außenwand des Strömungsberuhigungskanals bildet. Der

Strömungsberuhigungskanal wird demnach wenigstens teilweise durch das sowieso vorhandene Gehäuse gebildet, so daß kein zusätzliches, separates Bauteil notwendig ist.

Vorzugsweise ist das Ventilelement ein Schraubbolzen mit einem Kopf, dessen zylindrische Außenfläche die Innenwand des

Strömungsberuhigungskanals bildet. Ein solcher Bolzen ist auch im bekannten Ventildesign gemäß dem Stand der Technik vorhanden. Er muß lediglich geringfügig verändert werden, um einen Teil des Strömungsberuhigungskanals zu bilden. Somit kann wiederum auf ein zusätzliches, separates Bauteil verzichtet werden.

Besonders bevorzugt ist der Kopf des Schraubbolzens innerhalb der Einprägung angeordnet. Der Strömungsberuhigungskanal wird durch diese Maßnahme vollständig durch sowieso vorhandene Bauteile gebildet. Spezielle Bauteile zur Minimierung der Schaumbildung, wie die Umlenkscheibe im Stand der Technik, sind nicht notwendig. Außerdem verringert sich durch das Versenken des Schraubenkopfes in der Einprägung die axiale Bauhöhe des Druckbegrenzungsventils.

Der Schraubbolzen kann in eine Widerlagerscheibe eingeschraubt sein, an der sich die Rückstellfeder abstützt. Damit wird der Schraubbolzen zum Multi- funktionsteil. Er kann beispielsweise Teile des Strömungsberuhigungskanals bilden, als Ventilelement fungieren und zusätzlich die Widerlagerscheibe für die Rückstellfeder fixieren.

In einer weiteren Ausführungsform ist in das Druckbegrenzungsventil ein

Rückschlagventil integriert. Dieses Rückschlagventil bietet die einfache Möglichkeit, Hydraulikfluid über das Druckbegrenzungsventil in den Druckraum nachzu- saugen, falls der Innendruck des Druckraums unter den Umgebungsdruck absinken sollte.

Das Rückschlagventil kann dabei eine Ventilscheibe aufweisen, die zwischen einem Abschnitt des Gehäuses, der die Einprägung umgibt, und einer Haltescheibe angeordnet ist, die sich an der Einprägung abstützt und an der sich

wiederum die Rückstellfeder abstützt. Bei dieser Ausführungsvariante ist der notwendige Bauraum zur Integration des Rückschlagventils äußerst gering.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:

- Figur 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Druckbegrenzungsventils gemäß dem Stand der Technik; und

- Figur 2 eine perspektivische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils. Die Figur 1 zeigt ein Druckbegrenzungsventil 8 gemäß dem Stand der

Technik. Es umfaßt ein im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 10 mit einer Umfangswand 11 und einer unverschlossenen Stirnseite (Figur 1 , unten). Mit dieser Stirnseite ist das Druckbegrenzungsventil 8 dichtend an einer nicht gezeigten Druckraumwand im Bereich einer Druckraumöffnung angebracht, so daß ein Druckraum mit dem Inneren des Gehäuses 10 in Strömungsverbindung steht. Die entgegengesetzte Stirnseite des Gehäuses 10 (Figur 1 , oben) ist durch eine kreisförmige Stirnwand 12 verschlossen, wobei die Stirnwand 12 eine mittige überdrucköffnung 14 sowie mehrere Nachsaugöffnungen 16 aufweist, die um die überdrucköffnung 14 herum angeordnet sind. über diese Nachsaugöffnungen 16 und die überdrucköffnung 14 steht das Innere des Gehäuses 10 mit der Umgebung in Strömungsverbindung.

Durch die überdrucköffnung 14 erstreckt sich ein Schraubbolzen 18 mit einem Kopf 20, der sich außerhalb des Gehäuses 10 befindet. Der Schraubbolzen 18 weist auch eine Bolzenschaft 22 auf, der sich koaxial zum zylinderförmigen Gehäuse 10 im Innern des Gehäuses 10 erstreckt. Der Kopf 20 und der Bolzenschaft 22 gehen durch eine kegelstumpfartige Ventilfläche 24 ineinander über, wobei sich der Schraubbolzendurchmesser von einem Kopfdurchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der überdrucköffnung 14, auf einen Schaftdurchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der überdrucköffnung 14, verringert. In der Stirnwand 12 des Gehäuses 10 ist ein Ventilsitz ausgebildet, der mit dem als Ventilelement fungierenden Schraubbolzen 18 zusammenwirkt. In einer Grundstellung des Druckbegren-

zungsventils 8 sitzt dabei die kegelstumpfartige Ventilfläche 24 des Schraubbolzens 18 dichtend auf dem Rand der überdrucköffnung 14 des Gehäuses 10.

Um das Druckbegrenzungsventil 8 in dieser geschlossenen Grundstellung zu halten, ist ein axial am Schraubbolzen 18 verschiebbares Halteelement 26 vorgesehen, welches ein erstes Widerlager für eine Rückstellfeder 28 bildet. Das Halteelement 26 ist an einem Vorsprung der Umfangswand 11 so gehalten, daß eine axiale Bewegung des Halteelements in Richtung zur Stirnwand 12 begrenzt ist. An einem dem Kopf 20 entgegengesetzten Ende des Schraubbolzens 18 ist eine Widerlagerscheibe 30 befestigt, die ein zweites Widerlager für die Rückstellfeder 28 bildet. Die Rückstellfeder 28 ist als Druckfeder zwischen dem ersten und dem zweiten Widerlager angeordnet und versucht dementsprechend, das Halteelement 26 und die Widerlagerscheibe 30 in axialer Richtung voneinander zu entfernen. Da der Vorsprung der Umfangswand 11 eine axiale Verschiebung des Halteelements 26 in Richtung zur Stirnwand 12 verhindert, beaufschlagt die Rückstellfeder 28 den Schraubbolzen 18 über die Widerlagerscheibe 30 so, daß die kegelstumpfartige Ventilfläche 24 auf den Rand der überdrucköffnung 14 gepreßt und die überdrucköffnung 14 somit verschlossen wird.

Erst wenn die Druckdifferenz zwischen einem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck so groß wird, daß eine resultierende Kraft die Federkraft übersteigt, wird die Rückstellfeder 28 zusammengedrückt, und das Ventilelement hebt sich vom Ventilsitz, d.h. der Schraubbolzen 18 bewegt sich in Figur 1 nach oben. Die maßgebende, druckbeaufschlagte Fläche zur Bildung der resultierenden Kraft ist dabei die Querschnittsfläche der überdrucköffnung 14.

Befindet sich das Druckbegrenzungsventil 8 in einer öffnungsstellung, so kann Hydraulikfluid aus dem Innern des Gehäuses 10 über einen Ringspalt zwischen der Ventilfläche 24 und dem Rand der überdrucköffnung 14 nach außerhalb des Gehäuses 10 austreten. Infolge des plötzlichen Druckabfalls setzt beim Abströmen des Hydraulikfluids eine unerwünschte Schaumbildung ein. Um diese Schaumbildung zu verringern oder ganz zu verhindern, ist in Figur 1 eine Umlenkscheibe 32 vorgesehen, welche am Kopf 20 des Schraubbolzens 18 angebracht ist. Die Umlenkscheibe 32 stellt eine Strömungsbehinderung für das Hydraulikfluid dar, so daß sich zwischen der Stirnwand 12 und der Umlenk-

scheibe 32 ein Staudruck einstellt, der zwischen dem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck liegt. Der Druckabfall des abströmenden Hydraulikfluids erfolgt somit langsamer, wodurch eine Schaumbildung verringert bzw. verhindert wird.

In das Druckbegrenzungsventil 8 gemäß Figur 1 ist außerdem ein

Rückschlagventil integriert. Hierfür ist im Gehäuse 10 zwischen der Stirnwand 12 und dem Halteelement 26 eine ringförmige Ventilscheibe 34 des Rückschlagventils angeordnet. Im Normalfall ist der Innendruck im Druckraum größer als der Umgebungsdruck, so daß die Ventilscheibe 34 gegen die Stirnwand 12 drückt und die Nachsaugöffnungen 16 in der Stirnwand 12 verschließt. Sinkt der Innendruck des Druckraums unter den Umgebungsdruck, so bewegt sich die Ventilscheibe 34 in Richtung zum Halteelement 26, und die Nachsaugöffnungen 16 werden freigegeben. In diesem Fall kann über das Druckbegrenzungsventil 8 Hydraulikfluid aus der Umgebung in den Druckraum nachgesaugt werden.

Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil 8, dessen Funktion im wesentlichen dem oben beschriebenen, bekannten Druckbegrenzungsventil 8 gemäß Figur 1 entspricht. Im folgenden wird daher lediglich auf die konstruktiven Unterschiede und Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik eingegangen, wobei funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen tragen.

Das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 8 gemäß Figur 2 weist einen Strömungsberuhigungskanal 36 auf, der stromabwärts des Ventilsitzes zwischen dem Ventilelement, also dem Schraubbolzen 18, und dem Gehäuse 10 ausgebildet ist. Der Strömungsberuhigungskanal 36 hat einen ringförmigen Querschnitt, wobei eine trichterförmige Einprägung 38 im Gehäuse 10, genauer in der Stirnwand 12 des Gehäuses 10, eine Außenwand des Strömungsberuhigungskanals 36 bildet. Der Kopf 20 des Schraubbolzens 18 ist innerhalb der Einprägung 38 angeordnet, so daß die Außenfläche des Kopfes 20 eine Innenwand des Strömungsberuhigungskanals 36 bildet. Die Außenfläche des Kopfes 20 ist dabei zylindrisch und koaxial mit einer im wesentlichen zylindrischen Fläche der Einprägung 38 ausgebildet, so daß der Querschnitt des Strömungsberuhigungskanals 36 in jedem Radialschnitt identisch ist.

Der Schraubbolzen 18 ist in die Widerlagerscheibe 30 eingeschraubt, an der sich die Rückstellfeder 28 abstützt. Im Unterschied zu Figur 1 ist die Widerlagerscheibe 30 so groß ausgeführt, daß sie in axialer Richtung im zylinderförmigen Gehäuse 10 geführt und in radialer Richtung gestützt ist. Auch die Rückstellfeder 28 weist einen größeren Umfang auf und ist ebenfalls im zylinderförmigen Gehäuse 10 geführt und radial gestützt. Durch diese Konstruktionsveränderungen der Widerlagerscheibe 30 und der Rückstellfeder 28 wird die Ventilkonstruktion insgesamt stabiler und robuster.

Auch in das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil gemäß Figur 2 ist analog zum Stand der Technik gemäß Figur 1 ein Rückschlagventil integriert. Das Rückschlagventil weist die Ventilscheibe 34 auf, die zwischen einem Abschnitt des Gehäuses 10, der die Einprägung 38 umgibt, und dem Halteelement 26 angeordnet ist, das sich an der Einprägung 38 abstützt und an dem sich wiederum die Rückstellfeder 28 abstützt. Die Konstruktion des Halteelements 26 ist gegenüber der Figur 1 vereinfacht, da sich das Halteelement 26 nicht mehr am Vorsprung der Umfangswand 11 abstützen muß, sondern an der Einprägung 38 der Stirnwand 12 abstützen kann. Erst dadurch ist auch die Führung der Rückstellfeder 28 im zylinderförmigen Gehäuse 10 möglich.

Der Strömungsberuhigungskanal 36 ist im wesentlichen durch zwei radial beabstandete Wände gebildet. In diesem Kanal stellt sich beim Abströmen von Hydraulikfluid durch den Strömungswiderstand ein Druck ein, der zwischen dem Innendruck des Druckraums und dem Umgebungsdruck liegt. Der Druck des abströmenden Hydraulikfluids fällt über den Strömungsweg im Kanal langsam ab, wobei der Strömungsweg im wesentlichen der axialen Abmessung des Kopfes 20 bzw. der Einprägung 38 entspricht. Infolge der allmählichen Druckverringerung fällt wenig oder gar kein Gas aus dem Fluid aus, und eine Schaumbildung wird entsprechend reduziert oder vollständig verhindert.

Im Stand der Technik gemäß Figur 1 ist die Strömungsberuhigung durch die Stirnwand 12 und die Umlenkscheibe 32 in axialer Richtung aufgebaut.

Demgegenüber verringert sich bei der erfindungsgemäßen Ventilausführung die axiale Bauhöhe, wodurch das Druckbegrenzungsventil 8 an Stabilität gewinnt und insgesamt robuster wird. Darüber hinaus kann die Umlenkscheibe 32

entfallen, was die Anzahl der Ventilbauteile reduziert und den Zusammenbau des Ventils vereinfacht.