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Die
Erfindung bezieht sich auf ein ringförmiges Regelventil sowie weiterhin
auf einen Schwingungsdämpfer,
der mit einem solchen Regelventil ausgestattet ist.
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Aus
dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, das Dämpfungsverhalten
eines Schwingungsdämpfers über elektrisch
betätigte
Regelventile zu beeinflussen.
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So
kann beispielsweise das Öffnungsverhalten
von zwischen den Arbeitskammern eines Schwingungsdämpfers angeordneten
Strömungsdrosseln
durch Ansteuerung entsprechender Aktuatoren verändert werden.
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Weiterhin
ist bekannt, ein elektrisch betätigtes
Regelventil zwischen einer Arbeitskammer und einer Ausgleichskammer
vorzusehen, um die Dämpfungskraft
zu beeinflussen. In der
US
6,182,805 A wird in diesem Zusammenhang ein Regelventil
beschrieben, das seitlich an den Außenbehälter eines Zwei-Rohr-Dämpfers angesetzt
ist. Dabei steht das Regelventil allerdings weit von dem Behälterrohr
ab.
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Schließlich ist
aus der
EP 1 355 081
A1 ein Zwei-Rohr-Dämpfer
bekannt, bei dem das Regelventil in einer Ausgleichskammer angeordnet
ist, welche die Arbeitskammern ringförmig umgibt. Der Ventilkörper ist
hierbei als ringförmiger
Solenoid ausgebildet, das in Abhängigkeit
seiner Bestromung durch eine Bewegung in Axialrichtung des Schwingungsdämpfers einen Überströmkanal zwischen
einer Arbeitskammer und der Ausgleichskammer absperrt oder freigibt.
Durch die Anordnung des ringförmigen
Solenoids in der Ausgleichskammer ergibt sich ein verhältnismäßig großer Dämpferdurchmesser.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
robustes, einfaches und kostengünstiges
Regelventil zu schaffen, mit dem sich an einem Schwingungsdämpfer die
Dämpfungskräfte verändern lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Regelventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das
erfindungsgemäße Regelventil
umfasst demnach mindestens zwei von Spulen umgebene Anker in Ringsegmentform, deren
Enden zueinander gerichtet sind, um in Abhängigkeit der Ansteuerung der
Spulen eine anziehende oder abstoßende Kraft aufzubauen, mindestens
einen Ventilkörper,
der in Richtung nach radial außen gegen
einen Ringsegmentanker abgestützt
ist und weiterhin gegen einen Ventilsitz anliegt, sowie Federelemente,
die auf die Ringsegmentanker eine radial einwärts gerichtete Kraft ausüben, um
den mindestens einen Ventilkörper
mit einer Schließkraft
gegen den jeweiligen Ventilsitz zu drücken.
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Werden
die Spulen so angesteuert, dass sich die Enden der separaten Ringsegmentanker
anziehen, so folgt hieraus eine Erhöhung der auf den Ventilkörper einwirkenden
Schließkraft.
Umgekehrt führt
ein Abstoßen
der Ringsegmentanker untereinander zu einer Verminderung der Schließkraft.
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An
einem Schwingungsdämpfer,
bei dem das Regelventil zwischen einer Arbeitskammer und der Ausgleichskammer
angeordnet wird, ist dies gleichbedeutend mit einer Veränderung
der Dämpferkennlinie. Öffnet das
Ventil beispielsweise bereits bei geringeren Drücken im Dämpfer, so verringern sich die
Drosselverluste an den Drosselstellen im Dämpfer und damit die Dämpferkraft.
Eine höhere Schließkraft führt hingegen
zu einem härteren
Dämpfungsverhalten.
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Bei
stromlosen Spulen wird die Schließkraft lediglich durch die
Federelemente bewirkt. Fallen die Spulen aus, so bleibt dadurch
die Grundfunktion des Dämpfers
erhalten. Das System ist damit störungssicher und unempfindlich
gegen Stromausfall. Zudem wirkt das Regelventil als Überlastschutz.
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Weiterhin
zeichnet sich das erfindungsgemäße Regelventil
durch einen robusten und einfachen Aufbau aus. Es erlaubt überdies
eine optimale Bauraumausnutzung. An einem Schwingungsdämpfer kann
dieses besonders platzsparend um das Behälterrohr montiert werden. Durch
die gute Zugänglichkeit
von außen
ergibt sich eine besonders einfache Montage, Justage und Demontage.
Aufgrund dieser Anordnung bleibt die thermische Beanspruchung verhältnismäßig gering.
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Weitere
Vorteile liegen in der einfachen Leistungsversorgung sowie in der
Möglichkeit
der Bereitstellung großer
Magnetkräfte,
die eine direkte Ansteuerung erlauben.
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Durch
eine geringe Anzahl von Bauteilen bleiben überdies die Toleranzketten
kurz. In der Serienfertigung ermöglicht
die erfindungsgemäße Lösung außerdem einen
hohen Anteil von Gleichteilen mit konventionellen Dämpfern.
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Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
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Vorzugsweise
sind der bzw. die Ventilkörper radial
innerhalb der Ringsegmentanker angeordnet und radial außenseitig
gegen diese abgestützt.
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Der
mindestens eine Ventilkörper
kann dabei zum Beispiel als Kugel oder elastisches Band ausgebildet
sein. Jedoch sind auch andere Ventilkörperformen denkbar.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Ringsegmentanker
Taschen zur teilweisen Aufnahme der Ventilkörper, insbesondere Kugeln auf.
Hierdurch kann der Raumbedarf in Radialrichtung vermindert werden.
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Vorzugsweise
sind der bzw. die Ventilsitze an radialen Öffnungen vorgesehen. Bei einem
Schwingungsdämpfer
lässt sich
so auf besonders einfache Art und Weise ein Anschluss des Regelventils
bewerkstelligen.
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Die
Ventilsitze befinden sich dabei vorzugsweise an Überströmkanälen zwischen einer Arbeitkammer
und einer Ausgleichskammer des Schwingungsdämpfers. In diesem Fall können zudem
der bzw. die Ventilsitze für
den bzw. die Ventilkörper
an einer Behälterrohraußenwand
des Schwingungsdämpfers
vorgesehen und das Regelventil mit dem Ausgleichsraum des Schwingungsdämpfers hydraulisch
verbunden werden.
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Es
ist jedoch auch möglich,
ein ringförmiges Regelventil
der vorstehend erläuterten
Art zu anderen Zwecken einzusetzen, beispielsweise als gesteuerte
Drosselstelle zwischen den Arbeitskammern eines Einrohrdämpfers.
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Wie
oben bereits erläutert,
wird das Regelventil ringförmig
um eine Außenwand
des Schwingungsdämpfers
angeordnet, so dass sich im Vergleich zu den aus der
US 6,182,805 A und der
EP 1 355 081 A1 bekannten
Lösungen
eine deutlich kompaktere Bauform ergibt.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich
die arbeitskammerseitige Mündung
des Überströmkanals
oberhalb des oberen Totpunkts des Kolbens bzw. unterhalb des unteren
Totpunkts des Kolbens.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1 einen
Längsschnitt
eines ringförmigen Regelventils
nach der Erfindung im Einbauzustand an einem Zwei-Rohr-Dämpfer,
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2 eine
Schnittansicht durch das Regelventil quer zur Dämpferachse, und in
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3 eine
Abwandlung des Regelventils.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt ein ringförmiges
Regelventil 1, das nachfolgend beispielhaft im Zusammenhang
mit einem Zwei-Rohr-Dämpfer
beschrieben wird. Das Regelventil 1 ist jedoch nicht auf den
Einsatz an einem solchen Dämpfer
oder an einem Schwingungsdämpfer überhaupt
beschränkt, sondern
lässt sich
als in Radialrichtung wirkendes Ventil generell an zylindrischen
Körpern
verwenden.
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Der
in 1 dargestellte Schwingungsdämpfer 2 umfasst einen
Außenbehälter 3 sowie
einen in diesem angeordneten Innenzylinder 4. Letzterer
wird durch einen nicht dargestellten Kolben in zwei Arbeitskammern
getrennt, von denen hier lediglich die obere Arbeitskammer 5 gezeigt
ist. Zwischen dem Außenbehälter 3 und
dem Innenzylinder 4 befindet sich eine Ausgleichskammer 6,
die über
ein ebenfalls nicht dargestelltes Ventil beispielsweise im Boden
des Schwingungsdämpfers
mit der unteren Arbeitskammer verbunden ist.
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Zudem
ist die Ausgleichskammer 6 hier nach oben durch ein ringförmiges Dichtelement 7 abgeschlossen,
das zwischen der Innenwand des Außenbehälters 3 und der Außenwand
des Innenzylinders 4 angeordnet ist. In dem Dichtelement 7 kann
ein Kanal 8 als Entlüftung
und/oder Rücklauf
vorgesehen sein. Der Innenzylinder 4 wird nach oben durch
eine Kolbenstangendichtung 9 abgeschlossen, die sich auch
an der Innenwand des Außenbehälters 3 abstützt.
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Das
Regelventil 1 ist außenseitig
an dem Außenbehälter 3 angebracht,
wobei es einen verjüngten Endabschnitt 11 des
Außenbehälters 3 ringförmig umschließt. Es ist
hier in Überströmkanäle 12 zwischen
der oberen Arbeiterkammer 5 und der Ausgleichskammer 6 des
Schwingungsdämpfers 2 hydraulisch
eingegliedert, um diese in der Art eines Rückschlagventils abzusperren.
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Wie 1 zeigt,
umfassen die Überströmkanäle 12 jeweils
einen im wesentlichen radial von der oberen Arbeiterkammer 5 verlaufenden
Abschnitt. Zu diesem Zweck sind an dem Außenbehälter 3 und dem Innenzylinder 4 für jeden Überströmkanal 12 jeweils
zwei miteinander fluchtende Bohrungen 13 bzw. 14 vorgesehen,
die mittels eines Querkanals 15 in dem Dichtelement 7 unter Überbrückung der
Ausgleichskammer 6 miteinander verbunden sind.
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Die
arbeitskammerseitigen Mündungen
der Überströmkanäle 12 liegen
oberhalb des oberen Totpunkts des Kolbens. Wird das Regelventil
alternativ zwischen der unteren Arbeitskammer und der Ausgleichskammer
vorgesehen, so liegen diese Mündungen
unterhalb des unteren Totpunkts des Kolbens.
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Die
Außenseiten
der Bohrungen 14 des Außenbehälters 3 sind als Ventilsitze 16 für Ventilkörper 17 des
Regelventils 1 ausgebildet.
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Wie 2 zeigt,
umfasst das Regelventil 1 weiterhin mehrere Anker 18 in
Form von separaten Ringsegmenten. Dabei weisen die Enden 19 der Ringsegmentanker 18 zueinander.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind genau zwei Ringsegmentanker 18 vorgesehen. Es ist
jedoch auch möglich,
eine größere Anzahl
von Ringsegmenten als Anker verwenden. Jeder Ringsegmentanker 18 ist
von mindestens einer hier nicht näher dargestellten Spule umgeben.
Durch eine entsprechende Bestromung der Spulen wird in den Ringsegmentankern 18 jeweils
ein Magnetfeld erzeugt. Je nach Polung führt dies dazu, dass sich die
Enden 19 der Ringsegmentanker 18 gegenseitig anziehen
oder abstoßen.
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In
einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels
kann beispielsweise ein Ringsegmentanker durch einen Permanentmagneten
mit entsprechender Form ersetzt werden, der an seinen Enden jeweils
mit einem ansteuerbaren Ringsegmentanker zusammenwirkt, dessen Polung
umkehrbar ist.
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Die
den Außenbehälter 3 umgebenden
Ringsegmentanker 18 stützen
die Ventilkörper 17 in
Richtung nach radial außen
ab.
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Weiterhin
umfasst das Regelventil 1 Federelemente 20, die
auf die Ringsegmentanker 18 eine radial einwärts gerichtete
Kraft ausüben,
um die Ventilkörper 18 mit
einer Schließkraft
gegen den jeweiligen Ventilsitz 16 zu drücken. Die
Ventilkörper 17,
die beispielsweise als Kugeln oder elastisches Band ausgeführt werden
können,
sind radial innerhalb der Ringsegmentanker 18 angeordnet.
Wie 1 zeigt, können
dabei die Ventilkörper 17 teilweise
in Taschen 21 der Ringsegmentanker 18 aufgenommen
sein.
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Bei
stromlosen Spulen wird die Schließkraft des Regelventils 1 lediglich
durch die Federelemente 20, oder bei Verwendung vom Permanentmagnet-Ringsegmenten
mit durch diese bewirkt. Durch diese Kraft kann somit eine Mittelstellung
für das Dämpfungsverhalten
bzw. das Druckniveau für
das Öffnen
der Ventilkörper 17 definiert
werden.
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Soll
die Dämpferkraft
verringert werden, so werden die Spulen derart bestromt, dass sich
die Ringsegmentanker 18 gegenseitig abstoßen. Hierdurch
wird eine den Federelementen 20 entgegengerichtete Kraft
erzeugt, welche die Schließkraft
und damit das Druckniveau zum Abheben der Ventilkörper 17 verringert.
Soll umgekehrt die Dämpferkraft
erhöht
werden, erfolgt eine Bestromung der Ringsegmentanker 18 derart,
dass diese sich anziehen. Hieraus resultiert eine höhere Schließkraft und
damit härtere
Abstimmung des Dämpfers.
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Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind den Federelementen 20 Einstellorgane 22 zugeordnet,
mit denen sich deren Vorspannung verändern lässt. Wie 2 zeigt,
können
die Einstellorgane 22 als Bolzen ausgeführt werden, die die Federelemente 20 abstützen und
radial mit dem Gehäuse 23 des
Regelventils 1 verschraubt sind. Dies ermöglicht eine
sehr einfache Justage der Mittelstellung des Schwingungsdämpfers von
außen.
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In
dem Gehäuse 23 des
Regelventils 1 befindet sich weiterhin ein Druckraum, in
den die im wesentlichen radialen Abschnitt der Überströmkanäle 12 münden. Dieser
Druckraum ist hydraulisch mit der Ausgleichskammer 6 verbunden,
z. B. über
geeignete Öffnungen 24 in
dem Außenbehälter 3.
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In
einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels,
die in 3 dargestellt ist, werden die Ventilkörper 17' derart ausgestaltet,
dass sich diese in das Dichtelement 7' hineinerstrecken sind, um die
obere Arbeiterkammer 5' ohne
den Umweg über
das Regelventil 1 mit der Ausgleichskammer 6' zu verbinden. Der Überströmkanal 12' verläuft unmittelbar
zwischen diesen Kammern durch das Dichtelement 7', in dem ein
entsprechender Ventillsitz 16' vorgesehen ist, um den Kanal 12' abzusperren
bzw. zu öffnen.
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Alternativ
kann der Ventilkörper
auch ganz innerhalb des Dichtelements untergebracht werden. In diesem
Fall wird dann an den Ringsegmentankern ein entsprechendes Betätigungsorgan
vorgesehen, das die Schließkraft überträgt.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- Regelventil
- 2
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Außenbehälter
- 4
- Innenzylinder
- 5
- obere
Arbeitskammer
- 6
- Ausgleichskammer
- 7
- Dichtelement
- 8
- Kanal
- 9
- Kolbenstangendichtung
- 11
- Endabschnitt
- 12
- Überströmkanal
- 13
- Bohrung
- 14
- Bohrung
- 15
- Radialabschnitt
- 16
- Ventilsitz
- 17
- Ventilkörper
- 18
- Ringsegmentanker
- 19
- Ende
- 20
- Federelement
- 21
- Tasche
- 22
- Bolzen
- 23
- Gehäuse
- 24
- Öffnung