Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein derartiges Ventil ist bekannt aus der EP 0 446 454 Bl. Das bekannte Ventil weist einen Ventilschließkörper auf, der in einer prismatischen Ventilkammer aufgenommen ist, deren eine Stirnwand einen Ventilsitz aufweist. Der Ventilschließkörper ist in der Ventilkammer in dem Sinne geführt, daß eine Hubbewegung in einer axialen Richtung zum Öffnen und Schließen des Ventils möglich ist und eine radiale Auslenkbewegung durch eine Umfangswand der Ventilkammer begrenzt ist. Ein Auslaßkanal mündet durch die Umfangswand an einem ventilsitzseitigen Ende in die Ventilkammer.

Bei geöffnetem, durchströmtem Ventil bilden sich komplexe Strömungsverhältnisse in der Ventilkammer und um den Ventilschließkörper herum aus. Wird der vom Ventilsitz abgehobene Ventilschließkörper in radialer Richtung ausgelenkt, verkleinert sich ein Spalt zwischen der Umfangswand der Ventilkammer und dem Ventilschließkörper an

einer Umfangsstelle, was zur Folge hat, daß εich die Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle erhöht und der Druck dort absinkt. Da im Auslaßkanal bei geöffnetem Ventil eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit ein stark vermindeter Druck herrscht, wird der Ventilschließkörper in jedem Fall zu einer Auslenkung angeregt.

Die Auεlenkung vergrößert sich, bis die Umströmung des Ventilεchließkörpers an der genannten Umfangεtelle durch Annäherung des Ventilschließkörpers an die Umfangswand der Ventilkammer gedrosεelt oder bei Anlage des

Ventilεchließkörperε an der Umfangswand gestoppt wird. Dann erhöht εich der Druck an dieεer Umfangsstelle durch Aufstauen des Druckmittels und der Ventilschließkörper wird in entgegengesetzte Richtung gedrückt. Dieε bewirkt eine heftige und unkontrollierte Bewegung deε Ventilεchließkörperε in der Ventilkammer. Dabei εchlägt der Ventilεitzkörper auf den Ventilεitz auf und prallt ab. Außerdem εchlägt der Ventilεchließkörper gegen die Umfangεwand der Ventilkammer und verursacht εtarke Geräuεche. Die εtändige Bewegung deε Ventilschließkörpers führt zu ständig sich ändernden Strömungsverhältnissen, die ebenfalls Geräusche verursachen und zu einem stark schwankenden Volumenstrom durch das Ventil und verringertem Durchεatz führen.

Auch zwei einander diametral gegenüberliegend in die Ventilkammer mündende Auεlaßkanäle, wie εie beiεpielεweise in der US-PS 5 100 305 gezeigt sind, bringen keine Abhilfe, da der durch irgendeine Instabilität in Richtung eines

Auslaßkanals radial ausgelenkte Ventilschließkörper die Strömung zu diesem Auslaßkanal drosselt, wodurch sich der Druck im Bereich dieses Auslaßkanals erhöht und der Ventilschließkörper in Richtung des gegenüberliegenden Auslaßkanalε gedrückt wird. Verεuche mit vier über Kreuz angeordneten Auεlaßkanälen haben nicht zu verbesserten Verhältnissen geführt. Für drei oder mehr als vier über den Umfang der Ventilkammer verteilt angeordnete Auεlaßkanäle iεt ebenfalls kein verbessertes Ergebnis zu erwarten.

Vorteile der Erfindung

Beim erfindungεgemäßen Ventil mit den Merkmalen deε

Hauptanεpruchs münden zwei Auslaßkanäle nebeneinander in die Ventilkammer. Da die Geschwindigkeit der Strömung durch das geöffnete Ventil in den Auεlaßkanälen groß und infolgedessen der Druck im Bereich ihrer Mündung in die Ventilkammer gering ist, wird der vom Ventilsitz abgehobene Ventilschließkörper in radialer Richtung zu den Auslaßkanälen hin ausgelenkt, bis er an die Umfangεwand der Ventilkammer gelangt. Befindet er sich dichter an einem der beiden Auslaßkanäle, so drosselt er die Strömung in diesem Auslaßkanal und erhöht dort den Druck, wodurch er in die Mitte zwischen den beiden Auεlaßkanälen zurückbewegt wird. Bis zum Schließen deε Ventilε verbleibt der Ventilεchließkörper in εeiner Lage. Eε bilden εich gleichbleibende Strömungεverhältniεεe auε, die zu einem hohen Durchεatz und zu geringer Geräuεchbildung führen. Der zwischen den Auslaßkanälen bleibende Ventilschließkörper verursacht keine Geräusche durch Schlagen gegen die Umfangswand der Ventilkammer oder den Ventilsitz. Da der Ventilεchließkörper während der Öffnungsdauer des Ventils nicht gegen den Ventilεitz schlägt, wird dieser geschont und die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Ventils um ein Vielfaches erhöht.

Anstelle von zwei oder mehr Auslaßkanälen kann auch ein breiter Auslaßkanal vorgesehen werden, dessen Mündung in die Ventilkammer sich über einen größeren Umfangsabschnitt erstreckt, als der Auslaßkanal parallel zur Hubrichtung des Ventilschließkörpers hoch iεt (Anspruch 4).

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.

Durch den gemäß Anspruch 5 in radialer Richtung in Richtung der Auslaßkanäle versetzten Ventilsitz befindet sich der Ventilschließkörper bei geschloεεenem Ventil dicht an der

Umfangsstelle der Umfangswand der Ventilkammer, an der die Auslaßkanäle in die Ventilkammer münden, wodurch seine radiale Auslenkung beim Öffnen des Ventils verringert ist.

Um den Strömungswiderstand des erfindungsgemäßen Ventilε klein zu halten wird die Summe der Querschnittsflachen der Auslaßkanäle nicht wesentlich kleiner als eine Durchtrittsfläche des Ventilsitzes gewählt (Anspruch 6).

Als stromungstechnisch günstig hat εich ein Verhältnis der Durchtrittsfläche des Ventilsitzes zu einer Querschnittεflache der Ventilkammer von etwa einem Drittel biε drei Viertel erwieεen (Anεpruch 7).

Daε erfindungεgemäße Ventil kann als betätigbares Ventil, dessen Ventilschließkörper zum Schließen beispielsweise mittelε eines Stößels gegen den Ventilsitz gedrückt wird ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil als Rückschlagventil ausgebildet (Anspruch 10).

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil alε Auslaßventil in eine Kolbenpumpe integriert, die insbesondere als Rückförderpumpe für eine mit einer Blockierschutzeinrichtung, einer Schlupfregeleinrichtung und/oder einer Fahrdynamikregelung auεgestatteten Fahrzeugbremsanlage Verwendung findet (Ansprüche 11, 12).

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend zweier in der Zeichnung dargeεtellter Auεführungεbeiεpiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe mit einem Auslaßventil gemäß vorliegender Erfindung,

Figur 2 einen gering kegelförmigen Querεchnitt gemäß Linie

II-II in Figur 1 und

Figur 3 einen Figur 2 entsprechenden Querschnitt einer abge¬ wandelten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungεbeispiele

Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine Kolbenpumpe, die zum Einsetzen in einen nicht dargestellten Hydraulikblock einer Bremsanlage für ein

Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Sie dient als Rückförderpumpe für die mit einer Blockierschutz-, einer Antriebεεchlupf- regeleinrichtung und/oder einer Fahrdynamikregelung ausgestattete Bremsanlage.

Die insgesamt mit 10 bezeichnete Kolbenpumpe weist einen Zylinder 12 auf, in dem ein zu einer Hubbewegung antreibbarer Kolben 14 aufgenommen ist. Die an sich bekannte Antriebseinrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

In den Kolben 14 ist ein als Rückschlagventil ausgebildeteε Einlaßventil 16 integriert: Zur Aufnahme deε Einlaßventils 16 ist der Kolben 14 mit einer axialen Sackbohrung 18 versehen, die in seinem Mittelbereich endet und an einer ins Innere des Zylinders 12 weisenden Stirnseite des Kolbens 14 mündet. Am geεchloεsenen Ende der Sackbohrung 18 weiεt der Zylinder 14 eine Querbohrung 20 auf, die mit Einlaßbohrungen 22 des Zylinders 12 kommuniziert, so daß Fluid durch die Einlaßbohrungen 22 und die Querbohrung 20 in die Sackbohrung 18 des Kolbens 14 angesaugt werden kann.

An einer Ringstufe 24, mit der εich die Sackbohrung 18 in Richtung ihreε offenen Endes erweitert, ist ein konischer Ventilsitz 26 deε Einlaßventilε 16 ausgebildet. Eine Schraubendruckfeder 28 drückt eine Kugel als

Ventilschließkörper 30 deε Einlaßventils 16 gegen den Ventilsitz 26. Die Schraubendruckfeder 28 stützt sich gegen eine als Blech-Tiefziehteil ausgebildete Kappe 32 ab, die an dem ins Innere des Zylinders 12 weisenden Stirnende des

Kolbens 14 angebracht iεt. Die Kappe 32 iεt zur Befestigung am Kolben 14 in eine Nut 34 in dessen Umfang nahe seiner Stirnseite umgebördelt. Von seinem Stirnende bis zur Nut 34 ist der Kolben 14 verjüngt, der Außendurchmesser der Kappe 32 ist kleiner als ein Nenndurchmesser des Kolbens 14. Zum Durchlaß von 'Fluid ist die Kappe 32 mit Löchern 36 versehen.

Als Auslaßventil 38 der Kolbenpumpe 10 iεt ein als Rückschlagventil ausgebildetes Ventil gemäß der Erfindung vorgesehen: Dieses ist in axialer Verlängerung des Kolbens 14 in einer Sackbohrung 40 im Zylinder 12 untergebracht. Die als Ventilkammer 40 dienende Sackbohrung mündet in ein Stirnende einer Zylinderbohrung 41 dem ins Zylinderinnere gerichteten Stirnende des Kolbens 14 gegenüber. Alε Ventilschließkörper 42 weiεt daε Auslaßventil 38 eine Kugel auf, die von einer Schraubendruckfeder 44 gegen einen konischen Ventilεitz 46 gedrückt wird, der an einem durchbohrten, niedrigen, zylindrischen Ventilteil 48 ausgebildet iεt. Daε Ventilteil 48 iεt durch Verεtemmen 50 von Zylindermaterial in einer

Ringεtufe in der Mündung der das Auslaßventil 38 aufnehmenden Ventilkammer 40 im Zylinder 12 befestigt. Die Schraubendruckfeder 44 befindet sich in der Sackbohrung 40, sie stützt sich gegen deren geschlosεeneε Ende ab.

Nahezu radial münden zwei Bohrungen alε Auεlaßkanäle 52 in die Ventilkammer 40 (Figur 2). Die Auεlaßkanäle 52 verlaufen in einem Winkel von ca. 60° zueinander. Die Auslaßkanäle 52 münden zwischen einem Großkreiε der den Ventilεchließkörper 42 deε Auslaßventilε 38 bildenden Kugel, der in einer Ebene εenkrecht zu einer Längεachεe der Kolbenpumpe 10 liegt, und dem die Ventilkammer 40 abεchließenden Ventilteil 48 durch eine Umfangswand 54 in die Ventilkammer 40.

Wird der Kolben 14 während eineε Arbeitshubs in den Zylinder 12 hineingedrückt und verdrängt dabei Fluid aus der Zylinderbohrung 41, εo hebt dieεeε Fluid den Ventilεchließkörper 42 deε Auslaßventils 38 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 44 von seinem Ventilsitz 46 ab. Es

bildet sich eine komplexe Fluidströmung durch das durchbohrte Ventilteil 48 und durch die Ventilkammer 40 an der den Ventilschließkörper 42 bildenden Kugel vorbei in die Auslaßkanäle 52 auε. In den Auεlaßkanälen 52 herrscht eine vergleichsweiεe hohe Strömungεgeεchwindigkeit . Der Druck iεt infolgedessen in den Auslaßkanälen 52 und in deren Mündungsbereich in die Auslaßventilkammer 40 abgesenkt, so daß der Ventilschließkörper 42 gegen eine Umfangswand 54 der Auslaßventilkammer 40 im Mündungsbereich der Auslaßkanäle 52 gesogen wird. Befindet sich der Ventilschließkörper 42 näher an einem der beiden Auslaßkanäle 52, εo deckt er diesen stärker ab und drosselt dadurch die Strömung durch diesen Auslaßkanal 52, was einen Druckanstieg an dieser Stelle zur Folge hat, der den Ventilschließkörper 42 wieder in die

Mittellage zwischen den beiden Auslaßkanälen 52 zurückbewegt. Der Ventilschließkörper 42 nimmt dadurch beim Öffnen des Auslaßventilε 38 eine Lage an der Umfangεwand 54 der Auεlaßventilkammer 40 zwiεchen den beiden Auεlaßkanälen 52 ein und verbleibt biε zum Schließen deε Auslaßventils 38 dort. Eε bildet εich eine gleichbleibende Strömung durch daε Auslaßventil 38 aus, die zu einem hohen Durchsatz führt und Geräuschbildung vermindert. Auch Geräusche oder Beschädigungen insbeεondere deε Ventilsitzes 46 durch einen mehrfach auf ihn aufschlagenden Ventilεchließkörper 42 werden durch das erfindungsgemäße Auslaßventil 38 vermieden.

Die in Figur 3 gezeigte Ausgestaltung der Erfindung weist einen Auslaßkanal 56 anstelle zweier Auslaßkanäle 52 auf, dessen Breite vergrößert ist, der sich also in

Umfangsrichtung über einen größeren Winkel erstreckt als jeweils einer der beiden Auslaßkanäle 52 der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform. Eine Mündung des Auslaßkanals 56 in die Ventilkammer 40 nimmt beispielsweise einen Umfangswinkelabschnitt von etwa 30° bis 90° ein. Die Höhe des Auslaßkanals 56, d. h. seine Querabmesεung in Längεrichtung der Kolbenpumpe 10, stimmt mit dem Durchmesser und seine Anordnung im Zylinder 12 der Kolbenpumpe 10 stimmt mit derjenigen der Auslaßkanäle 52 der in Figur 2 dargestellten

Ausführungsform überein. Der Effekt iεt hier ebenfallε, daß der Ventilschließkörper 42 deε Auslaßventilε 38 bei geöffnetem, durchströmtem Auslaßventil 38 im Mittelbereich des Auslaßkanals 56 an der Umfangswand 54 der Ventilkammer 40 zur Anlage kommt. Es wird insoweit auf die Ausführungen zu Figuren 1 und 2 Bezug genommen.

Die Auslaßkanäle 52, 56 können in einem Winkel zu einer Radialebene der Kolbenpume 10 geneigt verlaufen, und zwar in einem stärkeren Winkel und auch in entgegengesetzter Orientierung als in Figur 1 dargestellt, um die Durchströmungεverhältnisse bei geöffnetem Auεlaßventil 38 weiter zu verbeεsern.

Des weiteren können die beiden in Figur 2 gezeigten Auεlaßkanäle 52 in etwa parallel zueinander, also nicht radial, gebohrt sein, damit ihre Mündungen an der Außenseite des Zylinders 12 dicht beisammen liegen, was von Vorteil bei der hydrauliεchen Verεchaltung der Auεlaßkanäle 52 beim Einbau der Kolbenpumpe 10 in ein Hydraulikaggregat einer Fahrzeugbremsanlage sein kann (nicht dargestellt).

Um die Radialbewegung des Ventilschließkörperε 42 des Auslaßventils 38 beim Öffnen des Auslaßventilε 38 zu verkleinern, kann der Ventilsitz 46 des Auεlaßventils 38 exzentrisch in Richtung der Auslaßkanäle 52, 56 versetzt angeordnet εein, so daß ein Spalt zwiεchen dem Ventilεchließkörper 42 und der Umfangεwand 54 der Ventilkammer 40 im Mündungεbereich der Auslaßkanäle 52, 56 verkleinert ist (nicht dargestellt).