DE10009527A1 - Verstellbares Drosselventil - Google Patents
Verstellbares DrosselventilInfo
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Abstract
Verstellbare Dorsselventile (6) ermöglichen eine stufenlose Verstellung eines schaltbaren Zusatzvolumens einer Luftfeder oder eines hydraulischen Dämpfers. DOLLAR A Bei einer doppelseitig wirkenden Drossel (6) wird der Federkraft von Drosselscheiben (32 bzw. 34) über die Spule (24 bzw. 26) eines Elektromagneten eine Magnetkraft entgegengesetzt, die den Strömungswiderstand der Drossel (6) gegenüber dem durchströmenden Medium reduziert und die Drossel (6) somit weicher stellt. Dabei wird das Magnetfeld direkt über die Drosselscheiben (32, 34) geleitet. Der Strömungswiderstand von in einem Träger (40) befindlichen Durchströmbohrungen (44a, 44b, ...) vor einem Reservoir A (8) nach einem Reservoir B (10) und umgekehrt kann mit Hilfe zweier Elektromagneten (Spule 24, 26, Joch 28, 30) stufenlos und unabhängig voneinander verringert werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein verstellbares Drosselventil
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verstellbare Drosselventile ermöglichen eine stufenlose
Verstellung eines schaltbaren Zusatzvolumens von
Luftfedern. Außerdem können verstellbare Drosselventile in
hydraulischen Dämpfern oder als unabhängiges externes
Ventil verwendet werden.
Die deutsche Auslegeschrift 10 39 375 beschreibt eine
Luftfeder, wie sie zur Abfederung in einem Kraftfahrzeug
zur Anwendung gelangt. Dabei ist ein Luftfederbalg
einerseits von einem zylinderförmigen Kolben und
andererseits von einem Paar ineinandergreifender
kappenartiger Glieder begrenzt, die zwischen sich ein
Zusatzvolumen bilden. Zwischen den von dem Luftfederbalg
umschlossenen Luftfedervolumen und dem Zusatzvolumen
besteht eine Verbindung über ein Drossel- oder
Dämpfungsventil, das einen regelbaren Übertritt von Luft
aus dem Balgraum in das Zusatzvolumen zulässt. Bauart und
Wirkungsweise dieses Drosselventils werden nicht im
einzelnen beschrieben, da sie nicht Gegenstand der
vorbekannten Erfindung sind.
Die DE 43 34 007 A1 betrifft eine pneumatische Feder-
Dämpfer-Einheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit
einem doppeltwirkenden Verdrängerorgan, dessen
Verdrängerkammern ein sich je nach Hubrichtung des
Verdrängers vergrößerndes bzw. verkleinerndes
Gesamtvolumen aufweisen, wobei sich die Volumen zumindest
zweier Verdrängerkammern, zwischen denen gedrosselte
Übergangskanäle angeordnet sind, gegensinnig ändern. Die
Überströmkanäle werden durch Ventile mit als
Verschlussorgan angeordneten, aus magnetisierbarem
Material bestehenden Ventilfederplättchen gesteuert, die
in Schließlage mit zugeordneten Anlageflächen
zusammenwirken, und deren Schließkraft mittels eines durch
steuerbaren elektrischen Gleichstrom beaufschlagbaren
Elektromagneten veränderbar ist, dessen magnetischer Fluss
über die Anlagefläche und das Ventilfederplättchen
verläuft.
Das Ventilfederplättchen befindet sich normalerweise in
Schließlage. Bei Druckgefälle hebt sich das
Ventilfederplättchen je nach Richtung des Druckgefälles
von der oberen oder der untere Anlagefläche mehr oder
weniger ab, so dass Pneumatikmedium von einer Kammer zur
anderen (oder umgekehrt) überströmen kann.
Wird die in dem Kolben angeordnete Ringspule mit Strom
beaufschlagt, so fließt ein Magnetfluss durch das
Ventilfederplättchen, das mit mehr oder weniger großer
Kraft auf die Anlageflächen gepresst wird, woraus eine
mehr oder weniger starke Drosselwirkung auf den
Pneumatikstrom resultiert.
Bei Stromausfall bleibt lediglich der schwache
Drosselwiderstand des Ventilfederplättchens bestehen.
Hiermit ist ein weicher, höchst unsicherer Fahrzustand
gegeben, was zu Unfällen führen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
diesen Missstand bei Stromausfall zu vermeiden.
Gemäß Anspruch 1 besteht die Lösung der gestellten Aufgabe
in einer doppelseitig wirkenden Drossel, die zwei Kammern
einer Luftfeder, eines Stoßdämpfers oder einer Luftfeder-
Dämpfer-Einheit miteinander verbindet, wobei der
Federkraft von Drosselscheiben über die Spule eines
Elektromagneten eine Magnetkraft entgegengesetzt wird,
die den Widerstand der Drossel gegenüber dem
durchströmenden Medium reduziert und die Drossel somit
weicher stellt. Dabei wird das Magnetfeld direkt über
die Drosselscheiben geleitet. Der Strömungswiderstand
von einem Reservoir A nach einem Reservoir B und
umgekehrt kann mit Hilfe von Elektromagneten stufenlos
und unabhängig voneinander verstellt werden. Zwei
zueinander entgegengesetzt angeordnete Drossel-Hälften
sind so konstruiert, dass sich ihr jeweiliger
Strömungswiderstand proportional zur elektromagnetischen
Beaufschlagung verringert, wodurch sich die Drossel mit
steigender elektrischer Bestromung in Richtung "weich"
verstellt.
Was für die in Druckrichtung wirkende Druckstufe der
Drossel gilt, gilt in gleichem Maße für die in
Zugrichtung wirkende Zugstufe der Drossel. Der Vorteil
der erfindungsgemäßen Drossel besteht darin, dass die
Drossel bei einem eventuellen Stromausfall auf "hart"
gestellt wird, was im Fahrzeug der sicherere Fahrzustand
wäre.
Insgesamt ergibt das erfindungsgemäße Drosselventil eine
einfache, kosten- und bauraumgünstige Möglichkeit,
Zusatzvolumen stufenlos zu dem Volumen von Luftfedern
ohne schwer bewegliche Bauteile hinzuzuschalten. Dies
ist auch akustisch vorteilhaft.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a einen Längsschnitt durch das Zusatzvolumen einer
Luftfeder mit einem in Ruhestellung befindlichen,
erfindungsgemäßen Drosselventil;
Fig. 1b einen Querschnitt durch dieses Ventil;
Fig. 2a einen Längsschnitt durch das Zusatzvolumen einer
Luftfeder mit einem solchen Ventil während des
Einfederungsvorgangs;
Fig. 2b einen Querschnitt durch dieses Ventil;
Fig. 3a einen Längsschnitt durch das Zusatzvolumen einer
Luftfeder mit einem solchen Ventil während des
Ausfederns;
Fig. 3b einen Querschnitt durch dieses Ventil.
Das in Fig. 1a dargestellte Zusatzvolumen ist durch eine
erfindungsgemäße Drossel 6 in zwei Teilräume 8, 10
unterteilt. Das topfförmige Gebilde 4 ist einseitig
geschlossen, während die andere Seite einen Rohrstutzen
12 zum Anschluss an eine Luftfeder aufweist.
Aufbau und Wirkungsweise der Ventilsteuerung ist
folgendermaßen: Die in dem topfförmigen Gebilde 4
eingebrachte Drossel 6 weist einen kreiszylindrischen
Grundkörper 14 auf, der an einem Ende durch eine Platte
16 geschlossen ist, während das andere Ende einen Rand
18 aufweist, dessen Durchmesser mit der lichten Weite 20
des topfförmigen Gebildes 4 identisch ist, so dass sich
der Grundkörper 14 über seinen Rand (Krempe) 18 an der
Innenseite des topfförmigen Gebildes 4 abstützen kann.
Der Rand 18 des Grundkörpers 14 ist mit Löchern 22a,
22b, . . . versehen, wodurch die Volumina der Teilräume 8
10 miteinander in Verbindung stehen.
Auf dem kreiszylindrischen Grundkörper 14 sind mittels
eines als Zwischenstück ausgebildeten Trägers 40 zwei
Ringspulen 24, 26 befestigt, die sich jeweils in einem
einseitig offenen ferromagnetischen Joch 28, 30
befinden. Die zueinandergekehrten Joch-Öffnungen sind
jeweils mit ringförmigen, ebenfalls aus
ferromagnetischem Material bestehenden
Drosselscheibenpaketen 32, 34 abgedeckt.
Der als Zwischenteil ausgebildete Träger 40 besteht z. B.
aus Kunststoff oder Aluminium oder einem anderen
nicht magnetisierbaren Material. Dieser Träger 40 ist
einerseits an der Außenseite des Grundkörpers 14
befestigt und stützt sich andererseits an der Innenseite
des topfförmigen Gebildes 4 ab. Zur Erzielung einer
zuverlässigen Dichtheit zwischen Träger 40 und dem
topfförmigen Gebilde 4 ist der Träger 40 mit einem
Dichtring 42 versehen. Auf seinem Umfang weist der
Träger 40 insgesamt acht als Überströmkanäle dienende
Bohrungen 44a, 44b, . . . auf, die schräg zur Längsachse
46 ausgerichtet sind.
Die in dem Rand 18 des Grundkörpers 14 befindlichen
Löcher 22a, 22b, . . . und die im Träger 40 befindlichen
Durchströmbohrungen 44a, 44b, . . . sind derartig
hintereinander angeordnet, dass die beiden Teilräume 8,
10 miteinander kommunizieren können, sofern ein
Druckunterschied zwischen den in den Teilräumen 8, 10
vorhandenen Luftmassen besteht.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die
Drosselscheibenpakete 32, 34 nicht "schwimmend" gelagert
sondern längs ihres Innenumfangs an dem jeweiligen Rand
der Joch-Öffnungen befestigt. In der Ruhestellung des
Zusatzvolumens 2, d. h., wenn zwischen den beiden
Teilräumen 8, 10 kein Druckunterschied besteht und die
Spulen 24, 26 stromlos sind, ist jeweils zwischen dem
äußeren Rand des ferromagnetischen Jochs 28 bzw. 30 und
dem jeweils zugeordneten Rand der Drosselscheiben 32, 34
jeweils ein Luftspalt (Magnetspalt) 36 bzw. 38
vorhanden, während die Drosselscheibe(n) 32 die
Durchströmbohrung 44a und die Drosselscheibe(n) 34 die
Durchströmbohrung 44b verschlossen hält.
In der in Fig. 1a/1b dargestellten Ruhestellung, d. h.,
wenn kein Druckunterschied zu beiden Seiten der Drossel
6 besteht und auch die Ringspulen 24, 26 nicht mit Strom
beaufschlagt werden, drücken die Drosselscheiben 32, 34
gegen den Träger 40 und halten die Öffnungen der schräg
darin angeordneten Durchströmbohrungen 44a, 44b, . . .
geschlossen, D. h.: In Ruhestellung unterbrechen die
Drosselscheibenpakete 32 und 34 die Verbindung zwischen
den Teilräumen 8 und 10.
Während des Einfederns (Fig. 2a/2b) gelangt Luft aus der
Luftfederkammer über den als "Anschluss Luftfeder"
dienenden Rohrstutzen 12 in das topfförmige Gebilde 4,
wobei sich ein Überdruck in dem ersten Teilraum 8
aufbaut. Wird die durch den Überdruck auf die
Drosselscheibe(n) 34 wirkende Kraft größer als deren
Rückstellkraft, so werden die die Durchströmbohrungen
44b, 44d, . . . ausgangsseitig abdeckende(n)
Drosselscheibe(n) 34 abgelenkt und geben den Weg durch
die Bohrungen 44b, 44d, . . . von dem ersten 8 in den
zweiten Teilraum 10 frei.
D. h.: Durch eine Druckdifferenz zwischen den Teilräumen
8 und 10 wird eine Durchströmung eingeleitet. Bei einem
Überdruck im Teilraum 8 öffnet das Drosselscheibenpaket
32, indem es vom Trägerkörper 40 abhebt und einen Spalt
freigibt, durch den das Medium vom Teilraum 8 in den
Teilraum 10 hindurchströmt. Dadurch wird der
Druckunterschied wieder abgebaut. Es stellt sich ein
Gleichgewicht zwischen den Federkräften des
Drosselscheibenpaketes 34 und dem Flächendruck pF der
vom Druck beaufschlagten Fläche des
Drosselscheibenpaketes 34 ein.
Während des Ausfederns (siehe Fig. 3a/3b) ergibt sich
eine entgegengesetzte Wirkungsweise: Beim Ausfedern
entsteht eine Druckminderung in der Luftfeder. Deshalb
gelangt nun Luft aus dem ersten Teilraum 8 über den
"Anschluss Luftfeder" 12 in den (nicht dargestellten)
Luftfederbalg. Dabei ist der in dem zweiten Teilraum 10
vorliegende Luftdruck höher als im ersten Teilraum 8.
Wird die durch den Überdruck auf die Drosselscheiben(n)
32 wirkende Kraft größer als deren Rückstellkraft, so
wird in diesem Fall die die Durchströmbohrungen 44a,
44c, . . . ausgangsseitig abdeckende Drosselscheibe(n) 32
abgelenkt und der Weg durch die Bohrungen 44a, 44c, . . .
in den ersten Teilraum 8 freigegeben.
Durch die Federwirkung der Drosselscheiben 32, 34 wird
die Luftströmung stark gedrosselt. Werden nun die
Ringspulen 24, 26 mit Strom beaufschlagt, so werden die
Drosselscheiben 32, 34 von den ferromagnetischen Jochen
29, 30 angezogen, wodurch die in dem Träger 40
befindlichen Bohrungen 44a, 44b, . . . mehr und mehr
freigegeben werden. D. h.: Durch die Strombeaufschlagung
wird die erfindungsgemäße Drossel 6 "weicher". Zudem
wird wegen der Verknüpfung des Volumens des topfförmigen
Gebildes 4 mit dem Luftfedervolumen die Feder
tieffrequenter abgestimmt.
Die Ringspulen 24, 26 können wahlweise auch einzeln mit
elektrischem Strom beaufschlagt werden. Durch die
Bestromung einer einzelnen Spule ergibt sich eine
einseitig weichere Drossel 6. Die Richtung der
leichteren Durchlässigkeit hängt von der Wahl der
bestromten Spule 24 oder 26 ab.
Das erfindungsgemäße Drosselventil 6 kann innerhalb des
topfförmigen Gebildes 4 verschiebbar angeordnet sein.
Auf diese Weise ergibt sich eine reziproke
Veränderbarkeit der Kammervolumina.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Drossel 6 sind die Joche 28, 30, die
Drosselscheiben 32, 34 und die Bohrungen 44a, 44b, . . .
des Trägers 40 derartig ausgebildet und zueinander
positioniert, dass die Schleißkräfte der Drossel 6
elektromagnetisch sowohl reduziert als auch verstärkt
werden können.
Ferner können außer den bereits beschriebenen, im Träger
40 befindlichen Bohrungen 44a, 44b, . . . weitere, sogen.
Bypass-Bohrungen (nicht dargestellt) vorgesehen sein,
wobei auch in Schließlage der Drosselscheiben 32, 34
noch eine minimale Verbindung zwischen den Teilräumen 8,
10 verbleibt, wodurch ein Teilluftstrom ermöglicht wird.
2
Zusatzvolumen
4
topfförmiges Gebilde
6
Drossel, Drosselventil
8
,
10
Teilräume, Hydraulik- bzw. Pneumatik-Kammern
(
8
obere Kammer,
10
untere Kammer)
12
Rohrstutzen
14
Grundkörper
16
Platte
18
Rand (Krempe)
20
lichte Weite des topfförmigen Gebildes
4
22
a,
22
b Loch
24
,
26
Ringspule
(
24
Spule Zugstufe,
26
Spule Druckstufe)
28
,
30
Joch
(28 Joch Zugstufe,
30
Joch Druckstufe)
32
,
34
Drosselscheibe(npaket), Ventilfederplättchen
(
32
Drosselscheibenpaket Zugstufe,
34
Drosselscheibenpaket Druckstufe)
36
,
38
Luftspalt, Magnetspalt
40
Träger, Zwischenteil, Zwischenstück
42
Dichtring
44
a,
44
b Durchströmbohrung, Überströmkanal
(
44
a Bohrung Druckstufe,
44
b Bohrung Zugstufe)
46
Längsachse
Claims (5)
1. Verstellbares Drosselventil (6),
insbesondere zur stufenlosen Verstellung eines schaltbaren Zusatzvolumens einer Luftfeder oder eines hydraulischen Dämpfers oder als unabhängiges externes Ventil in einem Kraftfahrzeug,
mit mindestens einem zwischen zwei Hydraulik- bzw. Pneumatik-Kammern (8, 1ß) angeordneten und mit Drosselscheibe(n) (32 und/oder 34) versehenen Überströmkanal (44a, . . .),
wobei die Schließkraft der Drosselscheibe(n) (32 und/oder 34) mittels elektrisch veränderbarer Magnetkraft beeinflussbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schließkraft der Drosselscheibe(n) (32, 34) gegenüber dem von der einen (8 bzw. 10) zur anderen Kammer (10 bzw. 8) durchströmenden Medium durch Strombeaufschlagung eines Elektromagneten (24/28 bzw. 26/30) reduzierbar ist.
insbesondere zur stufenlosen Verstellung eines schaltbaren Zusatzvolumens einer Luftfeder oder eines hydraulischen Dämpfers oder als unabhängiges externes Ventil in einem Kraftfahrzeug,
mit mindestens einem zwischen zwei Hydraulik- bzw. Pneumatik-Kammern (8, 1ß) angeordneten und mit Drosselscheibe(n) (32 und/oder 34) versehenen Überströmkanal (44a, . . .),
wobei die Schließkraft der Drosselscheibe(n) (32 und/oder 34) mittels elektrisch veränderbarer Magnetkraft beeinflussbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schließkraft der Drosselscheibe(n) (32, 34) gegenüber dem von der einen (8 bzw. 10) zur anderen Kammer (10 bzw. 8) durchströmenden Medium durch Strombeaufschlagung eines Elektromagneten (24/28 bzw. 26/30) reduzierbar ist.
2. Drosselventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schließkraft der Drosselscheibe(n) (32, 34) durch
Strombeaufschlagung wahlweise reduzierbar ist oder
verstärkt werden kann.
3. Drosselventil nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
zwei jeweils mit Joch (28, 30) und Drosselscheiben (32, 34) versehene Ringspulen (24, 26), zwischen denen sich ein mit Durchströmbohrungen (44a, 44b, . . .) versehener Träger (40) befindet,
wobei die Drosselscheiben (32, 34) jeweils den endseitigen Öffnungen der Bohrungen (44a, 44b, . . .) in der Weise zugeordnet sind,
zwei jeweils mit Joch (28, 30) und Drosselscheiben (32, 34) versehene Ringspulen (24, 26), zwischen denen sich ein mit Durchströmbohrungen (44a, 44b, . . .) versehener Träger (40) befindet,
wobei die Drosselscheiben (32, 34) jeweils den endseitigen Öffnungen der Bohrungen (44a, 44b, . . .) in der Weise zugeordnet sind,
- - dass die in der einen Richtung von der Federkraft einer der Drosselscheiben (32) abhängige Strömungsdurchlässigkeit mindestens einer ersten Bohrung (44a) umso geringer ist, je geringer die Strombeaufschlagung der zugeordneten Ringspule (24) ist, und
- - dass die in der entgegengesetzten Richtung von der Federkraft der zweiten Drosselscheibe (34) abhängige Strömungsdurchlässigkeit mindestens einer zweiten Bohrung (44b) umso geringer ist, je geringer die Strombeaufschlagung der zugeordneten Ringspule (26) ist.
4. Drosselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den beiden Hydraµlik- bzw. Pneumatik-Kammern
(8, 10) - parallel zu den mindestens zwei mit
Drosselscheiben (32, 34) versehenen Überströmkanälen (44a,
44b, . . .) - mindestens ein Bypass-Kanal angeordnet ist.
5. Drosselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch
eine Verschiebbarkeit innerhalb des topfförmigen Gebildes
(4) der Dämpfereinheit (2),
wodurch die Volumina der beiden Teilräume (der beiden
Hydraulik- bzw. Pneumatik-Kammern 8, 10) in reziproker
Weise vergrößer-/verkleinerbar sind.
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