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Strömungssteuerventilvorrichtung.
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Die Erfindung bezieht sich auf Strömungssteuerventilvorrichtungen
und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Nivellierventilvorrichtungen
zur Verwendung bei Luftaufhängungssystemen für Fahrzeuge, um die Strömung von T-utt
zu den in solchen Sytemen verwendeten Luftf.lern und von diesen zu steuern.
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Eine solche Nivellierventilvorrichtung ist gewöhnlich an dem Fahrzeugrahmen
befestigt und mit einem Betätigungsarm oder -hebel versehen1 der mit einer Radachse
des Fahrzeuges arbeitsmäßig verbunden ist, so daß durch Bewegung des Fahrzeugrahmens
relativ zu der Radachse die Ventilvorrichtung
betätigt wird, um
Arbeitsmittel der zugeordneten Luftfeder oder den zugeordneten Luftfedern zuzuführen
oder aus dieser oder diesen auszulassen.
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Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Arbeitsmittelsteuerventilvorrichtung
zu schaffen, die zur Verwendung als Nivellierventilvorrichtung für die Luftaufhängung
eines Fahrzeuges geeignet ist.
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Gemäß der Erfindung umfaßt eine Strömungssteuerventilvorrichtung
zum Steuern der Zufuhr von Arbeitsmittel zu und das Auslassen von Arbeitsmittel
von einer arbeitsmittelbetätigten Einrichtung bei Ansprechen auf Bewegungen einer
Betätigungseinrichtung ein Gehäuse mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil,
wobei die Ventile in axialer Ausrichtung miteinander jeweils auf einer Seite eines
Betätigungsteiles angeordnet und von axial verschiebbaren Teilen betätigt werden
können, von denen für Jedes Ventil einer vorhanden ist und die mit dem Betätigungsteil
in Eingriff bringbar sind derart, daß das Einlaßventil bei Ansprechen auf Bewegung
des Betätigungsteiles in einer Richtung, und das Auslaßventil bei Ansprechen auf
Bewegung des Betätigungsteiles in der anderen Richtung geöffnet wird. Jedes der
Ventile weist einen Ventilkörperteil auf, der in dem Gehäuse axial einstellbar angebracht
ist derart, daß Mittel geschaffen sind, die von der Außenseite der Ventilvorrichtung
zugänglich sind, um das Ansprechen des Ventils auf die Bewegung des Betätigungsteiles
einzustellen.
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Gewöhnlich umfaßt die Betätigungseinrichtung einen Hebelmechanismus,
der mit dem Ventilgehäuse einheitlich oder einstückig ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Nivellierventilvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 2 ist eine Stirnschnfttansicbt der Ventilvorrichtung gemäß Fig.
1 nach Linie II-II der Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Betätigungseinrichtung
nach Linie III-III der Fig. 2, gezeichnet in verkleinertem Maßstab.
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Fig. 4 ist eine Stirnansicht eines Nockens, der in der Betätigungseinrichtung
angeordnet ist.
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Fig. 5 ist eine Teilansicht einer Welle bzw. eines Schaftes, der
einen Teil der Betätigungseinrichtung darstellt.
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Fig. 6 ist eine Teilansicht einer Abdichtscheibe, die einen Teil
des Ventils gemäß Fig. 1 bildet.
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Fig. 7 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Nivellierventilvorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 8 ist eine Schnittdraufsicht der Ventilvorrichtung gemäß Fig.
7 nach Linie VIII-VIII der Fig. 7.
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Fig. 9 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Nivellierventilvorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 10 ist eine Stirnschnittansicht des Ventils gemäß Fig. 9 nach
Linie X-X der Fig. 9.
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Gemäß einer in den Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen ersten Ausführungsform
umfaßt eine Nivellierventilvorrichtung ein dreiteiliges Gehäuse 1 mit einer mit
Arbeitsmittel gefüllten Dämpferkammer 2, in der ein Betätigungsteil in Form eines
Dämpfungskolbens 3 axial verschiebbar ist. Der Kolben 3 kann in der Dämpferkammer
2 bei Ansprechen auf Bewegung einer Betätigungseinrichtung axial verschoben werden,
die in Form eines Arbeitshebels oder Betätigungshebels 4 vorgesehen ist, dessen
Bewegung über einen gabelförmigen Arm 5 auf den Kolben 3 übertragen wird, wobei
der
Arm 5 einen mittleren taillierten Teil 6 des Kolbens 3 umgreift.
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Die Ventilvorrichtung umfaßt ein Einlaßventil 7 und ein Auslaßventil
8, welche die Zufuhr von Luft zu bzw.
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das Auslassen von Luft aus einer nicht dargestellten zugeordneten
Luftfeder steuern. Die Ventile 7, 8 sind in dem Gehäuse 1 in axialer Ausrichtung
mit dem Dämpfungskolben 3 angeordnet, wobei je eines der Ventile an einem Ende des
Kolbens 3 vorgesehen ist. Die Ventile 7, 8 werden durch eine Betätigungseinrichtung
in Form Je einer Schubstange 9 bzw. 10 betätigt, deren jede mit dem benachbarten
Ende des Dämpfungskolbens 3 in Eingriff treten kann.
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Die Nivellierventilvorrichtung wird an dem Fahrzeugrahmen befestigt,
und der Betätigungsarm wird an einer Radachse des zugeordneten Fahrzeuges arbeitsmäßig
angebracht, 8o daß Bewegung des Fahrzeugrahmens relativ zu der Radachse eine entsprechende
Drehung des Betätigungsarmes hervorruft, der seinerseits den Dämpfungskolben 3 verschiebt
derart, daß entweder das Einlaßventil 7 oder das Auslaßventil 8 der Nivellierventilvorrichtung
betätigt wird, und zwar in Abhängigkeit von dem Drehsinn des Betätigungshebels 4.
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Bei Luft aufhängungs systemen in Fahrzeugen ist es erwünscht, eine
Zeitverzögerung zwischen dem Auftreten relativer Bewegung zwischen dem Fahrzeugrahmen
und den Radachsen und dem Beginn der korrigierenden Wirkung des Nivellierventils
oder der Nivellierventile einzuführen, um das System zu stabilisieren und kontinuierliches
Jagen zu verhindern.
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Eine Zeitverzögerung ist in der dargestellten Nivellierventilvorrichtung
eingeführt durch Steuern des Ausmaßes bzw. der Geschwindigkeit, mit welchem bzw.
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mit welcher Arbeitsmittel von einem Ende des Dämpfungskolbens
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zu dem anderen Ende überführt wird. Dies wird erreicht dadurch, daß der Außenumfang
des Dämpfungskolbens 3 mit zwei genuteten ringförmigen Teilen 11 und 12 versehen
ist, die mit der Bohrung der Dämpfungskammer 2 zusammenarbeiten, um zwei laminare
Strömungsdrosseln zu schaffen, die der Theorie der Parallelplattenströmung von Arbeitsmittel
gehorchen. Der Dämpfungskolben 3 ist weiterhin an jedem Ende mit einer scharfkantigen
Strömungsöffnung 13 bzw. 14 versehen, durch welche das Arbeitsmittel auch strömen
kann. Durch Schaffung von Parallelplattendrosseln und scharfkantigen Drosseln, die
parallel angeordnet sind, können beste Charakteristiken hinsichtlich Hydraulik/Temperatur-Änderung
erhalten werden, und die Geschwindigkeit, mit welcher der Dämpfungskolben 3 sich
in der Dämpfungskammer 2 bewegt, kann im wesentlichen konstant gehalten werden,
trotz beträchtlicher Änderungen der Viskosität des Dämpfungsmittels, und zwar in
einem Betriebstemperaturbereich von -40 bis +500 C. Die Zeitverzögerung und demgemäß
die Geschwindigkeit des Dämpfungskolbens 3 kann für irgendeinen gegebenen Wert eingestellt
werden durch a) Änderung der Größe der oeffnungen der Drosseln, b) Änderung der
Größe der ringförmigen Nuten 11 und 12 oder c) Änderung der Viskosität des Dämpfungsmittels.
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Die Nivellierventilvorrichtung ist in Fig. 1 in ihrem Gleichgewichtszustand
dargestellt, d.h. in dem Zustand, in welchem die zugeordnete Luftaufhängungsfeder
oder die zugeordneten Luftaufhängungsfedern keinerlei Einstellung ihres inneren
Luftdrucks erfordern. Die Nivellierventilvorrichtung ist mit einer Zeitverzögerung
versehen derart, daß das Ventil auf kleine Bewegungen des Betätigungshebels 4 zu
jeder Seite aus seiner Gleichgewichtsstellung nicht anspricht. Diese Zeitverzögerung
ist
in die Nivellierventilvorrichtung eingeführt dadurch, daß im
Gleichgewichts zustand des Ventils an jedem Ende des Kolbens 3 zwischen dem Kolben
3 und der mit ihm zusammenarbeitenden Schubstange 9 bzw. 10 ein Spielraum 19 bzw.
20 vorgesehen ist. Die Größe des Spielraums in Verbindung mit der Viskosität des
Dämpfungsmittels und den Abmessungen der Strömungsdrossel bestimmt das Ausmaß der
Zeitverzögerung und beeinflußt außerdem die Größe des Unempfindlichkeitsbereichs,
der in das Ventil eingebaut ist. Da die Geschwindigkeit, mit welcher der Dämpfungskolben
3 sich bewegt, im wesentlichen konstant ist und zu der Geschwindigkeit des Betätigungshebels
4 nicht notwendigerweise proportional ist, ist es notwendig, relative Drehung zwischen
dem Betätigungshebel 4 und dem gabelförmigen Arm 5 zuzulassen, da der Kolben 3 nicht
unmittelbar auf Drehung des Hebels 4 ansprechen muß.
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Dies wird, wie in Fig. 3 dargestellt, dadurch erreicht, daß der Betätigungshebel
4 mit einem federbelasteten Nachlaufteil 15 versehen ist, der mit einem in den Fig.
4 und 5 dargestellten Nocken 16 im Eingriff steht, der an einer Welle oder an einem
Schaft 17 nicht drehbar angebracht ist, der mit dem gabelförmigen Arm 5 verbunden
ist. Das Profil des Nockens 16 und die Kraft der Feder 18 sind so gewählt, daß an
den Schaft 17 ein im wesentlichen konstantes Drehmoment angelegt wird, und zwar
unabhängig von der Winkelstellung des Betätigungshebels 4. Relative Drehung zwischen
dem Schaft 17 und dem Hebel 4 wird aufgenommen durch relative Bewegung zwischen
dem Nocken 16 und dem Nachlaufteil 15, was zu einem Zusammendrücken der Feder 18
führt.
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Das Einlaßventil 7 umfaßt einen mit Außengewinde versehenen Körperteil
21, der mit einer mit Innengewinde versehenen Bohrung 22 in dem Gehäuse 1 der Nivellierventilvorrichtung
im
Eingriff steht. Der Körper 21 des Einlaßventils 7 ist mit einer Einlaßöffnung 23
versehen, die mit einer Druckluftquelle verbunden werden kann. In dem Ventilkörper
21 ist ein Einlaßventilglied 24 aufgenommen, welches unter Federbelastung im Eingriff
mit einem Einlaßventilsitz 25 steht, und zwar unter Verwendung einer Druckfeder
26, die zwischen einem Widerlager 27 an der Hinterfläche des Einlaßventilsitzes
25 und einem Widerlager 28 an der Schubstange 9 wirkt. Ein Rückschlagventilglied
29 ist vorgesehen, welches mittels einer Druckfeder 31 in Berührung mit einem Rückschlagventilsitz
30 gedrückt ist. Das Rückschlagventil verhindert eine Strömung von Luft von der
zugeordneten Luftfeder zur Einiaßöffnung 23, wenn sich auf der Zufuhrsee des Rückschlagventils
ein Versagen des Luftdrucks ergeben sollte. Ein Filter 32 ist in dem Ventilkörper
vorgesehen, um die eintretende 7;uft zu filtern.
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Die eintretende läuft, die einen statischen Druck hat, der höher
als der Belastungsdruck der zugeordneten Luftfeder ist, strömt nach Durchgang durch
den Einlaßventilsitz 25 in eine Kammer 33, die von dem Innenende 34 des Einlaßventilkörpers
21 und den Wänden der Schraubengewindebohrung 22 gebildet ist. Eine Bohrung 35 ist
vorgesehen, welche die Kammer 33 mit einer Auslaßöffnung 36 verbindet, die einen
Filter 37 aufweist. Die Schubstange 9 ist in ab gedichtet er Gleitberührung in einer
Hülse 38 geringer Reibung getragen, die in dem Gehäuse 1 vorgesehen ist.
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Hierdurch wird ein Auslecken von in der Kammer 33 befindlicher Luft
in die Dämpfungskammer 2 verhindert.
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Das Auslaßventil 8 der Nivellierventilvorrichtung umfaßt einen mit
Außengewinde versehenen Körper 40, der mit einer mit Innengewinde versehenen Bohrung
41 in dem Gehäuse 1 der Nivellierventilvorrichtung im Eingriff
steht.
Der Auslaßventilkörper 40 ist mit einer Auslaßöffnung 42 versehen, die einen Filter
51 aufweist. Ein mit Öffnung versehener Deckel 52 verhindert den Eintritt von Fremdmaterial.
In dem Ventilkörper 40 ist ein Auslaßventilglied 43 aufgenommen, welches mittels
einer Druckfeder 45 in Eingriff mit einem Auslaßventilsitz 44 gedrückt ist, der
in dem Ventilkörper 40 befestigt ist.
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Die Feder wirkt zwischen einem Widerlager 46 an der Schubstange 10
und einem Widerlager 47 an der Hinterfläche des Auslaßventilsitzes 44.
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Der Auslaßventilkörper 40 bildet in Kombination mit der Schraubengewindebohrung
41 eine Kammer 48. Die Kammer 48 steht über eine Bohrung 49 mit der Kammer 33 in
dem Einlaßventil 7 in Verbindung. Die Querschnittsfläche der Bohrung 49 kann eingestellt
werden, um eine gewisse Steuerung über das Ausmaß bzw. die Geschwindigkeit der Ausströmung
aus der Kammer 33 zur Kammer 48 zu haben. Die Schubstange 10 ist in abgedichteter
Gleitberührung in einer Hülse 50 geringer Reibung abgestützt, die in dem Gehäuse
1 vorgesehen ist. Hierdurch wird ein Auslecken von Luft aus der Kammer 48 in die
Dämpflmgskammer 2 verhindert. Die Art und Weise, in welcher das Einlaßventil 7 und
das Auslaßventil 8 in dem Gehäuse 1 des Nivellierventils angeordnet sind, ist von
besonderem Interesse und wird daher nachstehend im einzelnen bebeschrieben.
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Der Einlaßventilkörper 21 ist mit zwei in axialem Abstand voneinander
liegenden Gewindeteilen 60 und 61 versehen, zwischen denen ein kein Gewinde aufweisender
Teil 62 kleineren Durchmessers gebildet ist. Der Gewindeteil 60 des Einlaßventilkörpers
21 steht mit der Innengewindebohrung 22 im Eingriff, die in dem Gehäuse 1 des
Nivellierventils
vorgesehen ist. Ein 0-Ring 63 und eine geteilte Stützscheibe 64 (Fig. 6) sind rund
um den nicht mit Gewinde versehenen Teil 62 des Ventilkörpers 21 angeordnet, und
ein sich in Gewindeeingriff mit dem Gewindeteil 61 befindender Sicherungsring 65
ist vorgesehen, um den O»Ring 63 in Dichtungseingriff mit dem Gehäuse 1 zu pressen.
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Die Ausführung bezüglich der Abdichtung und der Anordnung, wie sie
oben beschrieben ist, schafft bequemen Zusammenbau des Ventils und ermöglicht eine
Einstellung der axialen Stellung des Einlaßventilkörpers 21 in der Bohrung 22 durch
Lösen der Sicherungsnutter 65, Schrauben des Ventilkörpers 21 in das Gehäuse 1 hinein
oder aus diesem Gehäuse 1 heraus, und zwar in dem geforderten Ausmaß sowie erneutes
Anziehen der Sicherungsmutter 65.
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Demgemäß können der Spielraum 19 und damit die Verzögerungsperiode
und der Unempfindlichkeitsbereich des Wivellierventils eingestellt werden.
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Das Auslaßventil 8 ist ebenfalls in dem Gehäuse 1 angeordnet unter
Verwendung der gleichen Ausführung, wie sie oben mit Bezug auf das Einlaßventil
q beschrieben ist.
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Die Nivellierventilvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung arbeitet
wie folgt.
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Wenn das Fahrzeug, an welchem die Ventilvorrichtung angebracht ist,
über eine Erhöhung fährt wird die zugeordnete Rad achse relativ zu dem Fahrzeugrahmen
nach oben ausgelenkt, was zu einer Drehung des Betätigungshebels
Uhrzeigerrichtung führt, wenn die Ventilvorrichtung so betrachtet wird, wie sie
in Fig. 1 dargestellt ist.
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Die Drehung des Hebels 4 bewirkt eine entsprechende Bewegung des Dämpfungskolbens
3 nach rechts, so daß Arbeitsmittel von der rechten Seite des Kolbens 3 zu seiner
linken Seite verschoben wird, und zwar über die
Drosseln 11, 12,
13 und 14. Wird angenommen, daß die Drehung des Hebels 4 ausreichend ist, um den
Spielraum 19 aufzunehmen, so drückt der Dämpfungskolben 3 die Schubstange 9 nieder,
wodurch das Einlaßventil 7 geöffnet wird und Luft von der Einlaßöffnung 23 über
die Kammer 33 und die Auslaßöffnung 36 zu der zugeordneten Luftfeder oder den zugeordneten
Luftfedern zugelassen wird.
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Drehung des Hebels 4 in Uhrzeigerrichtung führt in gleicher Weise
zum Niederdrücken der Schubstange 10 und zum Öffnen des Auslaßventils 8, wodurch
Luftdruck aus der zugeordneten Luftfeder oder den zugeordneten Luftfedern entlastet
wird, und zwar über die Auslaßöffnungskammer 33, die Bohrung 49, die Kammer 48 und
die Auslaßöffnung 42.
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Die Nivellierventilvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung ist
versagungssicher, weil im Fall des Versagens der Abdichtung zwischen der Schub stange
q oder 10 und der Hülse 38 bzw. 50 geringer Reibung der Luftdruck in den Kammern
33 und 48 in die Steuerkammer 2 ausleckt und kein Auslecken von Druckluft zur Atmosphäre
auftritt.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig.
7 und 8 dargestellt ist, ist eine Strömungssteuerventilvorrichtung dargestellt,
die keine Verzögerungscharakteristik hat. Ein Einlaßventil 70 und ein haslaßventil
71, die von gleicher Ausführung wie die entsprechenden Ventile bei der ersten Ausführungsform
sind, sind in je einer Öffnung eingeschraubt, die in einem Ventilgehäuse 72 gebildet
sind, welches gegenüber dem Gehäuse 1 der ersten Ausführungsform andere Gestalt
hat. Anstatt daß ein verschiebbarer Kolben in einer mit Arbeitsmittel gefüllten
Dämpfungskammer vorgesehen ist, ist ein Nocken 73 vorgesehen, der auf Bewegung d
er der Betätigungseinrichtung 74 direkt anspricht.
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Ein Betätigungsarm 75 ist mit dem Nivellierventil verbunden und er
kann bei Bewegung des Fahrzeugrahmens relativ zu der Radachse gedreht werden, wie
es bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Der Betätigungsarm 75 ist an ein
geriffeltes Ende 76 eines Betätigungsschaftes 77 mittels eines Klemmbolzens 78 geklemmt.
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Der Betätigungsschaft 77 erstreckt sich durch das Ventilgehäuse 72
und ist in einer Bohrung 79 axial angeordnet, die in der Basis bzw. dem Fußteil
80 des Gehäuses 72 vorgesehen ist. Der Betätigungsschaft 77 ist mit einem Teil 81
verkleinerten Querschnitts versehen, an welchem eine Nockenprofil aufweisende'Hülse
82 angebracht ist. Die Hülse 82 kann mittels eines nicht dargestellten Gewindestiftes
angebracht sein, oder sie kann mittels Preßsitz an dem Teil 81 verkleinerten Querschnitts
des Schaftes 77 angebracht sein. Der Schaft 77 wird in seiner Stellung in dem Ventilgehäuse
72 mittels eines Schubringes 83 und eines Klemmringes oder Sicherungsringes 84 gehalten.
Eine Staubabdeckung 85 ist rund um den Schaft 77 vorgesehen, um die Klemme 84 und
den Schubring 83 zu umschließen und den Eintritt von Fremdmaterial in das Ventilgehäuse
72 zu verhindern. Der Schaft 77 ist weiterhin mit einer ringförmigen Nut 86 versehen,
in der ein 0-Ring 87 aufgenommen ist, der die Abdichtung des Inneren des Gehäuses
72 gegenüber der Umgebung unterstützt.
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Das Nockenprofil der Hülse 82 arbeitet mit Schubstangen 88 und 89
derart zusammen, daß bei Drehung des Betätigungsarmes 75 bei Ansprechen auf Änderungen
der Fahrzeugbelastung entweder die Schubstange 88 in dem Einlaßventil 70 axial verschoben
wird, um das zugeordnete Ventil zu öffnen und eine Strömung von Luft von der Einlaßöffnung
zu der zugeordneten Luftfeder zu ermöglichen, oder die Schubstange 89 verschoben
wird, um das Ventil im
Auslaßventil 71 zu öffnen, um Luft aus der
Feder auslassen zu können.
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Bei einer Nivellierventilvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung
ist keine Verzögerungsperiode zwischen Drehung des Betätigungsarmes 75 und dem Öffnen
oder Schließen der Ventile vorhanden. Das Ansprechen der Ventile kann eingestellt
werden durch Einstellen der relativen Verschiebung der Schubstangen von dem Nockenprofil,
indem die Stellung der Körper des Einlaßventils 70 und des Auslaßventils 71 in der
betreffenden Schraubengewindebohrung eingestellt wird, die in dem Ventilgehäuse
72 vorgesehen sind, wie es bei der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist.
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Bei einer dritten Auiihrungsform, die in den Fig. 9 und 10 dargestellt
ist, ist eine Nivellierventilvorrichtung geschaffen, die keine Verzögerung aufweist
und die von kompakterer Ausführung ist im Vergleich mit der Ventilvorrichtung gemäß
der zweiten Ausführungsform. Die Größe des Ventilgehäuses ist verkleinert und es
ist ein kürzerer Betätigungsschaft 90 vorgesehen. Der Nocken 91 ist mit einer mit
Gewinde versehenen Anbringungsschulter 92 versehen, die in ein Gewindeloch 93 geschraubt
ist, welches in der Basis bzw. im Fuß des Schaftes 90 vorgesehen ist. Die Schubstangen
und das Einlaßventil und das Auslaßventil sind von im wesentlichen der gleichen
allgemeinen Ausführung, wie es bei der zweiten Ausführungsform beschrieben ist.