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Ventil für druckmittelgespeiste, niveaugeregelte
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Fahrzeugfederungen Die Erfindung betrifft ein Ventil für druckmittelgespeiste,
niveaugeregelte Fahrzeugfederungen mit den im Oberbegriff aufgeführten Merkmalen.
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Bei Kraftfahrzeugen, deren Fahrzeugaufbau gegenüber Vorder-und Hinterachse
mittels Federelementen abgestützt ist, die den Abstand zwischen Fahrzeugaufbau und
Achsen unabhängig von der Beladung konstant halten sollen, sind die einer Achse
zugeordneten Federelemente über jeweils einen mit einem Niveauregler ausgestatteten
Regelkreis beladungsabhängig mit einer Druckmittelquelle oder mit einem Ablauf verbindbar
bzw. gegenüber diesen sperrbar.
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Das zur Funktion der Federelemente benötigte Druckmittel, z.B. Hydrauliköl,
wird für die Regelkreise beider Achsen in einem Zentralspeicher bereit gehalten,
der durch eine Pumpe mit Druckmittel versorgt wird, wobei über einen Druckregler
ständig ein bestimmter Arbeitsdruck im Zentralspeicher aufrecht erhalten wird.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben,
wie bei solchen Fahrzeugfederungen auf einen Zentralspeicher verzichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 aufweisendes Ventil gelöst.
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Über ein solches, unmittelbar von der Druckmittelpumpe mit Druckmittel
versorgtes Ventil wird das an diesem unter Druck anstehende Fluid den Niveaureglern
entweder gleichzeitig oder einzeln zugeführt, je nachdem, weicher Bedarf an Fluid
durch einen oder beide Niveauregler der beiden Regelkreise zum Zwecke einer notwendig
gewordenen Aufregelung für eine oder beide Achsen angefordert wird.
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Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Ventils kann dabei auch auf
einen Druckregler verzichtet werden, so daß entsprechende Fahrzeugfederungen außer
weniger Raumbedarf auch geringeren Bauaufwand erfordern.
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Außerdem läßt sich bei hydro-pneumatischen Fahrzeugfederungen das
Druckniveau vermindern, so daß einfacher ausgelegte Druckmittelpumpen eingesetzt
werden können und mit geringeren Ölmengen auszukommen ist. Die Erfindung ermöglicht
somit eine beachtliche Itosten- und Gewichtsreduzierung.
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Dabei zeichnet sich das Ventil durch besondere Einfachheit sowohl
in konstruktiver als auch funktioneller Hinsicht aus, denn es kommt mit einem Ventilglied
aus, das
ohne Steuermittel sich relativ zu den Ventilsitzen jeweils
so einstellt, daß die Federelemente einer oder beider Achsen zum Aufregeln in der
erläuterten Weise mit Druckmittel versorgt werden, wobei es sich, aufgrund der Auslegung
seiner den Ventilsitzen zugekehrten Flächenteile, nach jeder Aufregelung wieder
in seine Neutralstellung zurückstellt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Ventilgliedes ist Gegenstand des
Anspruches 2, wobei eine solche Gestaltung eine vorteilhafte Lagerung desselben
im Ventilraum ermöglicht.
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Günstig ist es hierbei, seine Anordnung nach Anspruch 3 zu treffen.
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In diesem Falle wird das Ventilglied in den Ringkörpern, insbesondere
bei Anwendung von Hydrauliköl als Druckmittel, mit deren Innenumfangsfläche berührungslos
gehalten und es entstehen bei Druckölbedarf in den Niveaureglern im Ventilraum bereichsweise
solche voneinander differierenden Druckverhältnisse, daß eine definierte Verschiebung
des Ventilkörpers in die erforderliche Richtung gewährleistet ist.
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Dabei ist bereits ein Ventil bekannt, dessen Gehäuse drei in einen
gemeinsamen Ventilraum einmündende Anschlußkanäle aufweist, von denen zwei im Ventilraum
in einander gegenüberliegenden Ventilsitzen enden, zwischen welchen ein Ventilkörper
parallel zur Achse der Ventilsitze verstellbar angeordnet ist, der sich bei den
Ventilraum durchströmender Druckluft selbsttätig relativ zu den Ventilsitzen verstellt
(Bremstechnisches Taschenbuch-Wabco-Ausgabe 1979, Seite 103).
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Dieses Ventil dient jedoch zur wechselweisen Belüftung eines Bremsgerätes
durch zwei Bremskreise, wobei die
Druckluft über jeweils einen der
in den Ventilsitzen endenden Anschlußkanäle in das Ventil eingeleitet wird, und
der Ventilkörper dabei den anderen Ventilsitz durch Rückschlag verschließt.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anschließenden
Beschreibung eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen
Ventiles und/oder in den Ansprüchen erläutert; in der Zeichnung zeigen: Figur 1
einen Längsschnitt durch das in eine schematisch dargestellte Fahrzeugfederung integrierte
Ventil, Figur 2 eine schaubildliche Darstellung des Ventilgliedes.
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Das gezeigte Ventil weist ein vorzugsweise T-förmiges Ventilgehäuse
10 auf, dessen den Querbalken bildendes Gehäuseteile 12 an beiden Stirnenden jeweils
einen in dieses eingeschraubten Anschlußnippel 14 bzw. 16 trägt, die einander koaxial
zugeordnet sind.
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Das den Steg bildende Gehäuseteil 18 weist eine axial gerichtete Gewindebohrung
20 auf, die einen sich nach innen bis in einen zwischen den,Anschlußnippeln 14,
16 liegenden Ventilraum 22 mit kleinerem Durchmesser fortsetzenden Anschlußkanal
20' bildet.
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Die axial verlaufende, einen-Anschlußkanal bildende Gewindebohrung
24 der beiden Anschlußnippel 14, 16 weist vorteilhaft einen nach innen abgesetzten
Durchmesser auf, wobei das aus der inneren Nippelstirnwand 26 austretende, einen
kleineren Durchmesser aufweisende zylindrische Kanalteilstück 24' vorteilhaft einen
an die Stirnwand 26 angeformten, einen Ventilsitz bildenden Kragen 28 durchsetzt,
dessen Stirnfläche 30 vorz-ugsweise plan und zur Mittelachse senkrecht angeordnet
ist.
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Mit 32 ist ein im Ventilraum 22 angeordneter Ventilkörper bezeichnet,
dessen Ausdehnung in Richtung der Achse der Kanalteilstücke 24' der beiden Anschlußnippel
14, 16 kleiner ist als der gegenseitige Abstand der Stirnflächen 30 der beiden,die
Ventilsitze bildenden Kragen 28.
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Der Ventilkörper bildet einen Zylinder mit planen, zu dessen Längsachse
senkrecht liegenden Stirnflächen 34, 36 die jeweils einem Ventilsitz zugekehrt sind.
Der Ventilkörper 32 ist im Ventilraum 22 derart geführt, daß er sich relativ zu
den Ventilsitzen 30 in deren Achsrichtung frei zu bewegen vermag und in der Lage
ist, sich an jeweils einen derselben mit einer seiner Stirnflächen 34 bzw. 36 abdichtend
anzulegen. Zu diesem Zweck ist der.
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Ventilraum 22 mit zwei im Achsabstand voneinander vorgesehenen Innenringschultern
38, 40 ausgestattet, die koaxial zu den Ventilsitzen und in gleichen Abständen von
diesen vorgesehen sind. Zwischen die beiden Innenringschultern mündet das Kanalteilstück
20' des durch die Gewindebohrung 20 gebildeten Anschlußkanals in den Ventilraum
ein. Beide Innenringschultern weisen eine zylindrische Innenumfangsfläche 42 gleichen
Durchmessers auf, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen
Ventilkörpers 32. Ventilkörper 32 und Innen-
ringschultern 38,
40 definieren damit Ringspalte 44, 46, sobald der Ventilraum 22 von einem Fluid
durchströmt wird.
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Der Querschnitt beider Ringspalte soll hiebei so jessen sein, daß
beide Spaltquerschnitte zusammen einen Durchlaßquerschnitt ergeben, der nicht größer
ist, als derjenige des Kanalteilstückes 20' des Anschlußkanals 20. Der Gesamtquerschnitt
beider Ringspalte kann jedoch kleiner sein als der Querschnitt des Kanalteilstückes
20'.
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Aus Figur 1 ist zu ersehen, daß der gegenseitige Abstand der beiden
Innenringschultern 38, 40 kleiner ist als die axiale Länge des Ventilkörpers 32,
die so bemessen ist,daß sich in einer der beiden möglichen Schließstellungen des
Ventilkörpers sich das jeweils im Abstand von dem ihm zugeordneten Ventilsitz 30
befindende Stirnende noch aus der benachbarten Innenringschulter 38 bzw. 40 vorsteht.
Es ist aber auch denkbar, daß das nicht schließende Stirnende des Ventilkörpers
sich innerhalb einer Ringschulter befindet.
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Der Durchmesser des Ventilkörpers 32 ist größer als der Außendurchmesser
der beiden, die Ventilsitze 30 aufweisenden Kragen 28. Die Durchmesser können aber
auch übereinstimmen. Dadurch ist sichergestellt, daß die einen Ventilsitz verschlieD3ende
Stirnfläche 34, bzw. 36 lediglich teilweise abgedeckt ist und zusammen mit der Stirnwand
26 des betreffenden Anschlußnippels 14 bzw. 16 einen den Kragen 28 umgebenden Zwischenraum
48 definiert.
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Als für die Funktion des Ventiles günstig hat es sich erwiesen, wenn
sich der Durchmesser des Ventilkörpers 32 zum Außendurchmesser der Kragen 28 wie
2 zu 1 verhält.
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Wird über den AnshlulJkanal 20,'20' dem Ventil über die in den Anschlußnippeln
14, 16 vor-handenen Anschlußkanälen abströmendes Druckmittel.., -iélsweise Hydrauliköl,
unter Druck zugeführt, strömt dieses in den durch die Innenringschultern 38,40 in
drei Teilräume 22, 22', 22" unterteilten Ventilraum 22 ein, wobei es, unter der
Annahme, daß der Querschnitt der beiden Ringspalte 44, 46 jeweils der Hälfte des
Gesamtquerschnittes des Kanalteilstückes 20' des Anschlußkanals 20 entspricht, mit
der doppelten Strömungsgeschwindigkeit in die Teilräume 22', 22" des Ventilraumes
22 einströmt, und dadurch eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit des sich in den Ausnehmungen
der Innenringschulter 38, 40 schwimmend, bzw.
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reibungslos einstellenden Ventilkörpers 32 gewährleistet ist.
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Befindet sich der Ventilkörper 32 in einer der möglichen Schließstellungen,
so wirkt dem beispielsweise an dessen Stirnfläche 36 anstehenden Schließdruck ein
Druck entgegen, der sich an dem vom Kragen 28 des verschlossenen Ventilsitzes 30
nicht abgedeckten Flächenteil der Stirnfläche 34 aufbauen kann. Dieser Differenzdruck
erzeugt eine der Schließkraft entgegenwirkende kleinere Kraft, durch welche die
Umschaltsicherheit des Ventiles erhöht wird.
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Die Steuerqualität bzw. Umschaltsicherheit des Ventils läßt sich vorteilhaft
dadurch optimieren, daß, wie Figur 2 zeigt, in die Stirnflächen 34, 36 des Ventilkörpers
32 jeweils mindestens eine sehr fein ausgebildete Rille 50 bzw. 52 eingearbeitet
wird, die sich vorteilhaft längs eines Durchmessers erstreckt. Alternativ oder
zusätzlich
hierzu könnten auch die Ventilsitze mit einer solchen Rille ausgestattet sein. Bei
Ausstattung des Ventilkörpers 32 sowie der Ventilsitze 30 mit solchen Rillen könnten
die Ventilsitze auch unmittelbar an die Stirnflächen 26 der Anschlußnippel 14, 16
verlegt sein, so daß die einen Ventilsitz verschließende Stirnfläche 34 bzw. 36
des Ventilkörpers 32 auch völlig überdeckt sein könnte. In diesem Falle würde sich
die Gegenkraft in den Rillen aufbauen. Anstatt solcher Rillen, die eine Leckage
zwischen Stirnflächen und Ventilsitzen schaffen, könnte zur Verbesserung der Steuerqualität
der Ventilkörper mit einer diesen in axialer Richtung durchdringenden Bohrung kleinen
Durchmessers ausgestattet oder eine gedrosselte Querverbindung zwischen den Abflußkanälen
24, 24' vorgesehen sein.
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Zur Erläuterung der Funktion des Ventiles sei angenommen, daß dieses
in eine Fahrzeugfederung integriert ist, die an jeder Achse zwei den Fahrzeugaufbau
abstützende hydropneumatische Federbeine aufweist. Die der Vorderachse zugeordneten
Federbeine sind hierbei mit 54, 56 und die der Hinterachse zugeordneten Federbeine
mit 58, 60 bezeichnet.
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Jeder Achse ist ein an sich bekannter, durch ein 3/3-Negeventil gebildeter
Niveauregler 60 bzw. 62 zugeordnet, der zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen
den Fahrzeugaufbau und Achse den Federbeinen Drucköl zuführt oder von diesen abströmen
läßt bzw. sie gegenüber der Versorgung mit Drucköl sperrt. 0 bezeichnet die Sperrstellung,I
die Druckölzuführstellung und II die Ölrücklaufstellung. Die beiden Niveauregler
sitzen z.B. in bekann-
ter Weise am Fah eugaufbau und werden beispielsweise
über eine am Radfuhrungsglied angelenkte Betätigungsstange mechanisch gesteuert.
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An jedem Niveauregler ist eine Zuführleitung 64 bzw. 64' sowie eine
RückführIeitung 66 bzw. 66' angeschlossen. Die Zuführleitungen 64, 64' sind jeweils
an einem der Anschlußnippel 14 bzw. 16 angeschlossen, während die Rückführleitungen
66 bzw. 66' zu einem Ölbehälter 68 führen. An diesem ist eine zu einer Ölpumpe 70
führende Ansaugleitung 72 angeschlossen. Die Ölpumpe 70 ist über eine Druckleitung
74 am Anschlußkanal 20, 20 des Ventilgehäuseteils 18 angeschlossen.
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Befinden sich beide Niveauregler 60, 62 in ihrer 0- oder II-Stellung,
verteilt sich der von der Ölpumpe 70 kommende Ölstrom im Ventilraum 22 im wesentlichen
gleichmäßig über die Ring- bzw. .Drosselspalte 44, 46 auf die Niveauregler 60, 62.
Dabei stellt sich der Ventilkörper 32 zwischen den beiden Ventilsitzen 30 ein, wobei
aufgrund der Drosselung nur in Teilraum 22 ein Drucküberhang besteht.
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Wird nun beispielsweise der Niveauregler 60 in seine I-Stellung überführt,
so staut sich zunächst Drucköl in der Zuführleitung 64, mit der Folge, daß das dem
Ventil zugeförderte Öl ausschließlich über den Drosselspalt 44, den Ventilsitz 30
des Anschlußnippels 14, über die Zuführleitung 64 und den Niveauregler 62 drucklos
zum Ö1-behälter 68 fließt. Dabei strömt das Drucköl mit doppeltem Drosseldruck durch
den Drosselspalt 44. Dadurch, daß in der zum Niveauregler 60 führenden Zuführleitung
64' das
Öl gestaut ist, erhöht sich im Ventilraum 22, 22" der Öldruck
und wirkt auf die Stirnfläche 36 des Ventilkörpers 32. Im Gegensatz hierzu wirkt
auf die Stirnfläche 34 des Ventilkörpers 32 kein Öldruck, da das Drucköl über die
0- oder II-Stellung vom Niveauregler 62 über die Rückführleitung 66 drucklos in
den Ölbehälter 68 zurückfließen kann. Die gegebenen Druckverhältnisse in den Teilräumen
22', 22" des Ventilraumes bewirken deshalb eine Axialverlagerung des Ventilkörpers
32 in Richtung des Ventilsitzes 30 von Anschlußnippel 14, der schließlich völlig
verschlossen wird.
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Erst durch die Anordnung der Drosselspalte kommt damit eine definierte
Verschiebung in die gewünschte Richtung zustande.
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Befindet sich dann die Stirnfläche 34 des Ventilkörpers unmittelbar
vor dem Ventilsitz 30, steigt der Öldruck auch im Teilraum 22' durch Drosselwirkung
auf die Höhe des Öldruckes in der Zuführleitung 64' des Niveaureglers 60 an. Dadurch
wird an dem gemäß Figur 1 rechten, nicht abgedeckten Stirnringflächenteil des Ventilkörpers
aufgrund der hydraulischen Differenzfläche ein dem Schließdru,ck entgegenwirkender
kleinerer Druck wirksam, wodurch der Ventilkörper 32 endgültig öldicht an den Ventilsitz
30 angelegt wird und das Drucköl über den Anschlußnippel 16 zum Niveauregler 60
und dort über ein Rückschlagventil 66 zu den hydropneumatischen Federbeinen 54,
56 fließt. Der Anordnung der Ring- bzw. Drosselspalte 44, 46 im Ventilraum 22 kommt
damit erfindungswesentliche Bedeutung zu.
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Durch die vorzugsweise mittels der am Ventilkörper vorgesehenen Rillen
52, 54 geschaffene Leckage wird dabei erreicht, daß dann, wenn sich die beiden Niveauregler
60, 62 gemeinsam in ihrer I-Stellung befinden, stets die Federbeine mit dem höheren
Druckniveau in den Druckölstrom geschaltet werden und die hydropneumatischen Federbeine
mit dem niedrigeren Druckniveau nur mit der Leckagemenge beaufschlagt werden. Außerdem
kann durch die geschaffene Leckagemöglichkeit gegebenenfalls erst die erforderliche
Umschaltqualität des Ventils bei Zwischenstellungen der beiden Niveauregler gewährleistet
werden.