DE102012111703A1

DE102012111703A1 - Druckbegrenzungsventil und Verfahren zur Einstellung einer Vorspannkraft eines Druckbegrenzungsventiles

Info

Publication number: DE102012111703A1
Application number: DE102012111703.9A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Knecht; Daniel Hübscher
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-05
Also published as: WO2014086615A1

Abstract

Ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Lenkunterstützungen, ist mit einem Ventilgehäuse 1, mit einem mit einem Ventilsitz 4 und mit einer Einlassbohrung 3 versehenen Ventilsitzeinheit, und mit einem Schließglied 5, das durch ein Federelement 6 in Schließstellung mit einer Vorspannkraft vorgespannt ist, versehen. Das Ventilgehäuse 1 und die als Ventilsitzbolzen 2 ausgebildete Ventilsitzeinheit sind in einer Spielpassung zueinander angeordnet und nach eingestellter Vorspannkraft in ihren axialen Positionen zueinander durch eine Sicherungseinrichtung 12, 13 fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Lenkungsunterstützungen, und ein Verfahren zur Einstellung einer Vorspannkraft eines Druckbegrenzungsventiles.
Ein Druckbegrenzungsventil dieser Art zum Einbau bzw. zur Verwendung in hydraulischen Servolenkungen von Fahrzeugen ist beispielsweise in der DE 10 2006 040 055 A1 beschrieben.
Lenksysteme für Fahrzeuge, bei denen Druckbegrenzungsventile der eingangs erwähnten Art eingesetzt werden, sind beispielsweise aus der DE 10 2004 051 194 A1 , der DE 102 34 621 A1 oder der DE 10 2006 001 301 A1 bekannt.
Ein Druckbegrenzungsventil besteht im Prinzip aus einem Grundkörper bzw. Ventilgehäuse, z. B. als Ventilkolben, einem im Inneren des Gehäuses angeordneten Ventilsitzeinheit, einer Druckfeder zum Aufbringen einer Schließkraft, einem Federführungsbolzen und einem Schließglied, zum Beispiel einer Kugel. Die Ventilsitzeinheit ist im Allgemeinen als Ventilsitzschraube ausgebildet. Durch Einschrauben der Ventilsitzschraube in den Grundkörper bzw. das Ventilgehäuse, das am Innendurchmesser mit einem Gewinde versehen ist, wird auf das Schließglied und den Federführungsbolzen durch Spannen der Feder eine Schließkraft aufgebracht.
Die Schließkraft kann zum einen durch die Ventilsitzschraube mit einer Veränderung der Anlagefläche der Ventilsitzschraube am Ventilgehäuse oder zum anderen durch ein entsprechendes Unterlegen von diversen Scheiben, die zwischen dem Schraubenkopf der Ventilsitzschraube und der Stirnseite des Ventilgehäuses angeordnet werden, variiert werden. Auf diese Weise wird die Feder mehr oder weniger vorgespannt, wodurch ein gewünschter Druck zum Öffnen des Ventiles eingestellt wird. Hierzu wird das Druckbegrenzungsventil, damit es anspricht, über eine Einlassbohrung in der Ventilsitzschraube mit einem Druckmittel zum Öffnen des Schließgliedes mit Druck beaufschlagt.
Nachteilig bei den genannten Druckbegrenzungsventilen ist, dass die Bohrung für die Ventilsitzschraube sehr genau toleriert bzw. gefertigt werden muss. Darüber hinaus müssen die Federelemente aufgrund von Längentoleranzen bezüglich ihrer jeweiligen Kraftwirkung für die gewünschten Einsatzfälle gruppiert bzw. geordnet werden. Außerdem sind unterschiedliche Federn notwendig um verschiedene Druckbereiche abbilden bzw. einstellen zu können.
Werden für eine Druckeinstellung Scheiben zwischen dem Schraubenkopf und dem Ventilgehäuse angeordnet, so müssen diese in ihrer Ebenheit und Dicke ebenfalls sehr genau gefertigt sein.
Aufgrund der verschiedenen Toleranzen sind starke Druckschwankungen möglich, die einen erhöhten Aufwand bedeuten, wie zum Beispiel öftere hydraulische Überprüfungen und Korrekturen der Druckeinstellung durch Variationen der Scheiben. Darüber hinaus müssen die Scheiben konzentrisch zur Achse des Ventilgehäuses montiert werden. Gleiches gilt für die Ventilsitzschraube.
Nachteilig ist weiterhin, dass es teilweise auch zu einer plastischen Verformung des letzten am Außenumfang des Ventilgehäuses angeordneten Steges aufgrund des Einschraubvorganges der Ventilsitzschraube und der dabei auftretenden Verspannungen kommen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnten Nachteile zu vermeiden, insbesondere eine exaktere Einstellung des Öffnungsdruckes des Druckbegrenzungsventiles mit einem geringeren Aufwand und einer geringeren Bearbeitung des Druckbegrenzungsventiles zu schaffen. Darüber hinaus sollen für eine rationelle Serienfertigung möglichst viele gleiche Teile für unterschiedliche Einsatzzwecke verwendet werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
In Anspruch 4 ist ein Verfahren zur Einstellung einer Vorspannkraft eines Druckbegrenzungsventiles aufgezeigt.
Anstelle einer Ventilsitzeinheit in Form einer Ventilsitzschraube, die in ein Innengewinde des Ventilgehäuses eingeschraubt wird, ist die Ventilsitzeinheit erfindungsgemäß als Ventilsitzbolzen ausgebildet und zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilsitzbolzen besteht eine Spielpassung in Form eines Schiebe- oder Gleitsitzes. Dies bedeutet, Ventilsitzbolzen und Ventilgehäuse sind axial zueinander verstellbar bzw. verschiebbar. Beim Zusammenbau des Druckbegrenzungsventiles wird dann eine indirekte Messung eines gewünschten Öffnungsdruckes für das Druckbegrenzungsventil über die Federkraft vorgenommen, da die Federkraft zum Öffnungsdruck nur durch den Ventilsitzbohrungsdurchmesser beeinflusst wird.
Nach Einstellung einer gewünschten Öffnungskraft wird die Lage des Ventilsitzbolzens gegenüber dem Ventilgehäuse durch eine Sicherungseinrichtung fixiert. Damit ist ein sehr exakter Öffnungsdruck für das Druckbegrenzungsventil möglich und das Druckbegrenzungsventil kann dann als fertige vormontierte Einheit z. B. in ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges eingebaut werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil können Scheiben zur Einstellung des Öffnungsdruckes entfallen. Darüber hinaus ist auch die Herstellung des Druckbegrenzungsventiles einfacher, da ein Gewinde im Ventilgehäuse und eine Ventilsitzschraube mit einem Gewinde entfallen können. Es ist lediglich ein Ventilsitzbolzen erforderlich, der in die Bohrung des Ventilgehäuses eingesetzt wird, wobei größere Toleranzen akzeptiert werden können.
Von Vorteil ist weiterhin auch, dass die Federn nicht mehr exakt nach ihrer Kraftwirkung gruppiert bzw. vorsortiert werden müssen, weshalb mehr identische Teile für verschiedene Einsatzfälle des Druckbegrenzungsventiles möglich sind. Dadurch sind auch kleinere Stückzahlen oder sogar für einen speziellen Kundenwunsch hergestellte Druckbegrenzungsventile wirtschaftlich möglich, da keine besondere Teilelogistik und kein Einmessen der Teile mehr notwendig ist, sondern lediglich die Krafteinstellung beim Zusammenbau entsprechend eingestellt bzw. verändert werden muss.
Darüber hinaus wird auch die eng tolerierte Zylinderform des Außendurchmessers des Ventilgehäuses, insbesondere am letzten Steg, nicht beeinflusst, wodurch gegenüber dem bekannten Verschrauben keine plastische Verformungen auftreten können.
Bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil mit Einstellung der Vorspannkraft kann im Allgemeinen auch eine aufwendige Nacharbeit bei der Pumpenmontage vermieden werden. Außerdem kann die Drucktoleranz bei den Pumpen, bei denen das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil eingesetzt wird, verkleinert werden. Durch die geringere Toleranz des sich ergebenden Öffnungsdruckes können auch eine hydraulische Druckkontrolle, d. h. ein Wegfallen der Prüfeinrichtung, ein einweisender Mitarbeiter und eine Dokumentation und Organisation entfallen. Eine Überwachung des Druckes ist durch Wegmessung über ein zu jeder Druckeinstellung passendes Längenmaßfenster möglich, was damit die geometrische Richtigkeit und Vollständigkeit der Teile gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventiles besteht darin, dass aufgrund der kompakteren Bauweise mit einer entsprechend angepassten stärkeren Feder auch die Erweiterung des Druckbereiches bis zu Drücken von Pumpen für Nutzkraftfahrzeuge möglich ist. Durch den Wegfall des über das Ventilgehäuse überstehenden Schraubenkopfes kann nämlich entsprechend eine längere und stärkere Feder eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass für zahlreiche Einsatzfälle und unterschiedliche Öffnungsdruckanforderungen die gleichen Teile verwendet werden können.
Eine einfache Sicherungseinrichtung zur Lagefixierung kann darin bestehen, dass ein oder mehrere Einkerbungen im Außendurchmesser des Ventilsitzbolzens vorgesehen sind, in die das Ventilgehäuse mit nach innen gerichteten Nasen oder Auswölbungen eingedrückt ist.
Für eine exakte Lagefixierung kann die Einkerbung im Außendurchmesser des Ventilsitzbolzens in vorteilhafter Weise als scharfkantige Ringnut ausgebildet sein. Mit einem Verstemmwerkzeug kann dann eine Materialverformung im Ventilgehäuse durch Eindrücken der Nasen oder Auswölbungen in die Ringnut erfolgen. Auf diese Weise werden eine exakte Fixierung und eine Abdichtung erreicht.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Da Aufbau und Wirkungsweise eines Druckbegrenzungsventiles allgemein bekannt sind, wird nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil. Es weist ein Ventilgehäuse 1 auf, in dessen Inneren eine Ventilsitzeinheit in Form eines Ventilsitzbolzens 2 mit einer sich in axialer Richtung durch den Ventilsitzbolzen 2 verlaufenden Einlassbohrung 3 auf. Der Ventilsitzbolzen 2, auch Ventilsitzstopfen genannt, weist einen Ventilsitz 4 auf, wobei die Einlassbohrung 3 durch ein Schließglied in Form einer Kugel 5 abgeschlossen ist. Das Schließglied 5 ist durch ein Federelement 6 und ein zwischen dem Federelement 6 und dem Schließglied 5 angeordneten Federführungsbolzen 7 in Schließrichtung vorgespannt.
In der Umfangswand des Ventilgehäuses 1 sind Auslassbohrungen 8 für das Druckmittel angeordnet. Zwischen dem Innendurchmesser des Ventilgehäuses 1 und dem Ventilsitzbolzen 2 besteht eine Spielpassung in Form eines Schiebe- oder Gleitsitzes. Auf diese Weise können die axialen Positionen bzw. Lagen von Ventilsitzbolzen 2 und Ventilgehäuse 1 zueinander geändert werden.
Die Montagelage des Ventilkolbens 2 ist senkrecht. Der Einbau der Einzelteile in das Ventilgehäuse 1 erfolgt von oben, die Fügerichtung und eine Kraftmessung (siehe Pfeile 9) von unten. Ein Festanschlag (siehe Pfeile 10) für die Positionierung eines Verstemmwerkzeuges 11 ist oben.
Zum Einstellen eines gewünschten Öffnungsdruckes für das Schließglied 5 wird eine Messung über die Federkraft des Federelementes 6 vorgenommen. Die Kraftmessung wird mit bekannten Messeinrichtungen durchgeführt. Sobald eine gewünschte Vorspannkraft bzw. ein gewünschter Öffnungsdruck erreicht wird, wird außenseitig an dem Ventilgehäuse 1 ein Verstemmwerkzeug 11, das hier nur prinzipmäßig dargestellt ist, angesetzt. Der Ventilsitzbolzen 2 ist an seinem Außendurchmesser mit einer scharkantigen Ringnut 12 versehen. Bei Betätigung des Verstemmwerkzeuges 11 erfolgt eine Materialverformung des Ventilgehäuses 1 im Bereich der Ringnut 12, wobei Nasen oder Auswölbungen 13 (in der Figur nur links dargestellt) vom Innendurchmesser des Ventilgehäuses aus in die Ringnut 12 eingedrückt werden.
Das Verstemmwerkzeug 11 kann beispielsweise aus drei Segmenten mit je 120° bestehen, wodurch eine Verstemmung von Material aus dem Ventilgehäuse 1 über den gesamten Umfang des Ventilsitzbolzens 2 in die Ringnut 12 erfolgt.
Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung jedoch auch nur teilweise über den Umfang verteilt angeordnete Nasen oder Auswölbungen im Ventilgehäuse 1 möglich, die entsprechend in eine Nut oder in einzelne Einkerbungen im Außendurchmesser des Ventilsitzbolzens 2 eingedrückt werden. Ebenso sind auch andere Sicherungseinrichtungen zur Lagefixierung von Ventilgehäuse 1 und Ventilsitzbolzen 2 zueinander möglich.
Der Öffnungsdruck über die Federkraft wird nur durch den Ventilsitzbohrungsdurchmesser beeinflusst. Dieser kann zum Beispiel bei einem Durchmesser von 3,35 mm mit einer Toleranz von ±0,02 mm liegen. Dies ergibt eine Schwankung der Fläche, die proportional zum Druck ist, von nur ±1,2 %.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Ventilsitzbolzen
3: Einlassbohrung
4: Ventilsitz
5: Schließglied
6: Federelement
7: Federführungsbolzen
8: Auslassbohrung
9: Kraftmessung
10: Festanschlag
11: Verstemmwerkzeug
12: Ringnut
13: Auswölbung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006040055 A1 [0002]
DE 102004051194 A1 [0003]
DE 10234621 A1 [0003]
DE 102006001301 A1 [0003]

Claims

Druckbegrenzungsventil, insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Lenkunterstützungen, mit einem Ventilgehäuse, mit einer Ventilsitzeinheit, die mit einem Ventilsitz und mit einer Einlassbohrung versehen ist, und mit einem Schließglied, das durch ein Federelement in Schließstellung mit einer Vorspannkraft vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitzeinheit als Ventilsitzbolzen (2) ausgebildet ist, wobei das Ventilgehäuse (1) und der Ventilsitzbolzen (2) in einer Spielpassung zueinander angeordnet und mit einer eingestellten Vorspannkraft in ihren axialen Positionen zueinander durch eine Sicherungseinrichtung (12, 13) fixiert sind.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung ein oder mehrere Einkerbungen (12) im Außendurchmesser des Ventilsitzbolzens (2) aufweist, in die das Ventilgehäuse (1) mit nach innen gerichteten Nasen oder Auswölbungen (13) eingedrückt ist.
Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einkerbung (12) als scharfkantige Ringnut ausgebildet ist, in die die Nasen oder Auswölbungen (13) am Innendurchmesser des Ventilgehäuses (1) eingedrückt sind.
Verfahren zur Einstellung einer Vorspannkraft eines Druckbegrenzungsventiles, insbesondere zum Schutz einer Pumpe und eines Verbrauchers in hydraulischen Lenkungsunterstützungen, mit einem Ventilgehäuse, mit einer Ventilsitzeinheit, die mit einem Ventilsitz und mit einer Einlassbohrung versehen ist, und mit einem Schließglied, das durch ein Federelement in Schließstellung mit einer Vorspannkraft vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei in einer Spielpassung zueinander ausgerichtetem Ventilgehäuse (1) und einem als Ventilsitzbolzen (2) ausgebildeten Ventilsitzeinheit eine vorgegebene Vorspannkraft für einen festgelegten Öffnungsdruck für das Schließglied (5) eingestellt wird, wonach Ventilgehäuse (1) und Ventilsitzbolzen (2) in ihrer Lage zueinander fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagefixierung durch einen Verstemmvorgang durchgeführt wird, wobei über ein Verstemmwerkzeug (11), das außenseitig an das Ventilgehäuse (1) angesetzt wird, Teile oder Segmente (Auswölbungen 13) des Ventilgehäuses (1) in Einkerbungen oder eine Ringnut (12) am Außendurchmesser des Ventilsitzbolzens (2) eingedrückt werden.