DE4129773A1 - Daempfungsventil fuer hydraulische medien, insbesondere in stoss- und schwingungsdaempfungssystemen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungsventil für hydraulische Medien insbesondere in Stoß- und Schwingungs­ dämpfungssystemen, mit mindestens einem in einem Strömungs­ kanal angeordneten, aus einem Ventilkörper und einem Ventil­ sitz bestehenden Drosselventil.

Bekannte Dämpfungsventile arbeiten nach dem "Turbulenz- Prinzip", was bedeutet, daß der zu dämpfenden Strömung ein möglichst hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt und hierzu eine turbulente Strömung mit Wirbelbildung erzeugt wird. Der Strömungswiderstand wirkt der Bewegungsrichtung entgegen und bremst somit die Strömung. Nachteilig ist hier­ bei aber, daß durch die Turbulenzen eine starke innere Rei­ bung in dem Medium und somit eine starke Erwärmung auftritt, die für viele Anwendungsfälle äußerst störend ist. Insbe­ sondere in hydropneumatischen Federungssystemen, bei denen zur Erzeugung einer Federkraft ein Hydraulikmedium gegen ein kompressibles Medium, üblicherweise ein Gas, wirkt, über­ trägt sich die Wärme des Hydraulikmediums auch auf das kompressible Medium, wodurch aber dessen Federungscharakte­ ristik (Federkennlinie) nachteiligerweise starken Änderungen unterworfen ist. Des weiteren können aufgrund der Turbulen­ zen bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten sogar Ero­ sionserscheinungen im Bereich des Drosselventils auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Probleme zu beseitigen und hierzu ein Dämp­ fungsventil zu schaffen, mit dem eine Hydraulikströmung zu­ mindest annähernd turbulenzfrei gedämpft werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und besondere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen ent­ halten.

Demnach ist der Ventilkörper des erfindungsgemäßen Dämp­ fungsventils zwischen einer auf dem Ventilsitz liegenden Schließlage und einer von dem Ventilsitz abgehobenen Öff­ nungslage beweglich, wobei erfindungsgemäß in einem auf der in Schließrichtung weisenden Seite des Ventilkörpers liegen­ den Bereich zumindest in der Öffnungslage ein verengter Drosselspalt mit einem maximalen Querschnitt derart gebildet ist, daß in diesem Bereich innerhalb des in der Öffnungslage des Ventilkörpers durch den Strömungskanal strömenden Mediums eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und hierdurch eine partielle Druckverminderung derart auftritt, daß hier­ durch der Ventilkörper bei vorgegebenen Flächen- und Druck­ verhältnissen in seine Schließlage gebracht wird. Der Ven­ tilkörper ist dabei erfindungsgemäß in Schließrichtung mit einer Schließkraft und in Öffnungsrichtung mit einer Öff­ nungskraft beaufschlagt, wobei die Öffnungskraft durch Beaufschlagung einer ersten Druckfläche des Ventilkörpers mit einem Öffnungsdruck des hydraulischen Mediums erzeugt wird, und wobei die Schließkraft zumindest anteilig durch Beaufschlagung einer zweiten, gegenüberliegenden Druckfläche des Ventilkörpers mit einem Schließdruck des hydraulischen Mediums erzeugt wird. Die erfindungsgemäße, durch die ge­ zielte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erzeugte, par­ tielle Druckverminderung - gemeint ist hier eine Verminde­ rung des statischen Druckes innerhalb des strömenden Mediums - betrifft den Öffnungsdruck, so daß das Produkt aus dem Öffnungsdruck mal erste Druckfläche des Ventilkörpers klei­ ner wird als die entgegengesetzt wirkende Schließkraft und das Ventil hierdurch schließt. Aufgrund der dann fehlenden Strömung steigt nun aber wieder der Öffnungsdruck an, so daß das Ventil wieder öffnet, wenn die Öffnungskraft die Schließkraft übersteigt, bis sich wieder eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit in dem erfindungsgemäßen Drossel­ spalt aufgebaut hat, daß das Ventil wieder aufgrund der par­ tiellen Druckverminderung schließt. Dieser Vorgang, d. h. das ständig alternierende Öffnen und Schließen des Ventils, wiederholt sich solange, bis die zu dämpfende Hydraulikströ­ mung endet, d. h. bis kein ausreichender Öffnungsdruck mehr vorhanden ist. Das erfindungsgemäße Drosselventil besitzt folglich einen "Selbstschließeffekt", wobei das Drosselven­ til durch die strömungsgeschwindigkeitsbedingte, partielle Druckverminderung immer wieder kurzzeitig "zugesaugt" wird und hierdurch den Strömungskanal alternierend sperrt und wieder öffnet (Selbstunterbrechung der Strömung). Eine Dämpfungswirkung entsteht somit nicht mehr durch bewußte Erzeugung von Wirbeln und Turbulenzen, sondern vorteilhaf­ terweise durch ein gesteuertes, dosiertes, sukzessives "Nach­ lassen" von Hydraulikmedium, bis die zu dämpfende Strömung ganz beendet ist. Eine übermäßige Erwärmung des Hydraulik­ mediums kann daher vermieden werden. Die vorliegende Erfin­ dung stellt somit eine Abkehr von dem bisherigen Dämpfungs­ prinzip dar.

Um stets, d. h. unabhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Dämpfungsventils, eine für den be­ schriebenen "Selbstschließeffekt" ausreichend hohe Strö­ mungsgeschwindigkeit zu erzielen, muß der Drosselspalt auf eine maximale Spaltweite begrenzt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, den Drosselspalt verstellbar und durch einen insbesondere mechanischen Anschlag auf einen maximalen Wert einstellbar bzw. begrenzbar auszuführen.

Die Erfindung eröffnet die besonders vorteilhafte Möglich­ keit, durch eine venturirohrartige Ausgestaltung des Strö­ mungskanals im Bereich vor und hinter dem Drosselventil Turbulenzen nahezu vollständig zu vermeiden, was nach dem Stand der Technik nicht möglich wäre, da ja bei bekannten Dämpfungsventilen die Dämpfungswirkung gerade auf der bewuß­ ten Erzeugung von Turbulenzen beruht. Erfindungsgemäß ist es nun besonders vorteilhaft, den Strömungskanal mit einem sich in Strömungsrichtung derart vor dem Drosselventil kon­ tinuierlich bis auf den Querschnitt des Drosselspaltes ver­ kleinernden und hinter dem Drosselventil wieder kontinuier­ lich vergrößernden Querschnitt auszubilden, daß die Strömung über den Drosselspalt zumindest annähernd laminar und wir­ belfrei ist. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung werden in optimaler Weise auch bei sehr großen Strömungsgeschwin­ digkeiten Erosionserscheinungen im Bereich des Drosselven­ tils wirksam vermieden. Es entsteht zudem vorteilhafterweise allenfalls eine sehr geringfügige Erwärmung durch innere Reibung in der laminaren Strömung, so daß sich das erfin­ dungsgemäße Dämpfungsventil besonders für die Anwendung in hydropneumatischen Federungssystemen eignet, weil es prak­ tisch keinen nachteiligen Einfluß auf die Federkennlinie eines hydropneumatischen Federspeichers hat.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dämpfungswirkung des Ventils variabel, indem erfindungsgemäß die Schließkraft nicht nur aus der durch Beaufschlagung der zweiten Druckfläche des Ventilkörpers mit dem Schließdruck des hydraulischen Mediums erzeugten Kraftkomponente, sondern vorteilhafterweise zusätzlich aus einer mittels einer Vor­ spanneinrichtung erzeugten, elastischen Vorspannkraft be­ steht. Dabei ist die Vorspannkraft insbesondere mechanisch auf einen Minimalwert voreinstellbar sowie vorzugsweise aus­ gehend von diesem Minimalwert mittels einer insbesondere hydraulischen Verstelleinrichtung variabel. Die Verstell­ einrichtung besitzt vorzugsweise einen auf den Ventilkörper wirkenden und derart mit einem Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben, daß eine Erhöhung des Steuerdruckes eine Er­ höhung der elastischen Vorspannkraft und damit auch der Schließkraft bewirkt. Durch eine Vergrößerung der insgesamt auf den Ventilkörper wirkenden Schließkraft wird der oben beschriebene "Selbstschließeffekt" verstärkt, und zum Öffnen des Drosselventils muß eine höhere Öffnungskraft aufgebaut werden, da ja die entgegengesetzt wirkende Schließkraft überwunden werden muß. Das erfindungsgemäße Dämpfungsventil dämpft hierdurch die hydraulische Strömung stärker. Demge­ genüber führt eine Verringerung der Schließkraft bzw. der Vorspannkraft zu einer schwächeren Dämpfung.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungs- und Anwendungs­ beispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungsventils,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Dämpfungsventils ebenfalls im Längsschnitt,

Fig. 3 den gegenüber Fig. 1 und 2 vergrößert dargestell­ ten Bereich des Drosselventils in einer vorteil­ haften Weiterbildung der Erfindung und

Fig. 4 einen schematischen Hydraulikschaltplan eines hydropneumatischen Federungssystems unter Verwen­ dung von erfindungsgemäßen Dämpfungsventilen.

In den verschiedenen Zeichnungsfiguren sind gleiche Teile und Komponenten stets mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und daher in der Regel jeweils nur einmal beschrieben.

Wie sich zunächst aus Fig. 1 und 2 jeweils ergibt, besitzt ein erfindungsgemäßes Dämpfungsventil 1 ein Ventilgehäuse 2 mit einer ersten Druckkammer 4 und einer zweiten Druckkammer 6, wobei in die erste Druckkammer 4 ein erster Anschluß 8 und in die zweite Druckkammer 6 ein zweiter Anschluß 10 für nicht dargestellte Leitungsverbindungen münden. In einem die erste Druckkammer 4 mit der zweiten Druckkammer 6 ver­ bindenden Strömungskanal 12 ist ein Drosselventil 14 ange­ ordnet, welches aus einem Ventilkörper 16 und einem Ventil­ sitz 18 besteht. Der Ventilkörper 16 ist zwischen einer auf dem Ventilsitz 18 liegenden Schließlage (in Fig. 1 und 2 je­ weils dargestellt) und einer von dem Ventilsitz 18 abgehobe­ nen Öffnungslage (siehe hierzu Fig. 3) beweglich.

In den dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen liegen die Anschlüsse 8, 10 und die Druckkammern 4, 6 im wesentli­ chen fluchtend auf einer Längsachse 20. Der Strömungskanal 12 zweigt in Richtung einer zu der Längsachse 20 zumindest annähernd senkrechten Querachse 22 aus der ersten Druckkam­ mer 4 ab, ist hinter dem auf der Querachse 22 liegend ange­ ordneten Drosselventil 14 vorzugsweise zweimal um jeweils zumindest annähernd 90° zurück in Richtung der Längsachse 20 abgewinkelt und mündet dann in die zweite Druckkammer 6 wiederum in etwa annähernd senkrechter Richtung zu der Längsachse 20. Des weiteren ist vorzugsweise ein hinsicht­ lich der Strömungsrichtung gegensinnig wirkendes Rückschlag­ ventil 24 hydraulisch zu dem Drosselventil 14 parallelge­ schaltet und dabei vorzugsweise derart unmittelbar zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer 4, 6 auf der Längs­ achse 20 liegend angeordnet, daß die Strömung über das Rück­ schlagventil 24 aus der zweiten Druckkammer 6 in die erste Druckkammer 4 im wesentlichen geradlinig in Richtung der Längsachse 20 verläuft. Das Rückschlagventil 24 besitzt zweckmäßigerweise ein scheibenförmiges, mit einem Ventilsitz 26 zusammenwirkendes und mit einer derart geringen, feder­ elastischen Vorspannkraft in Schließrichtung beaufschlagtes Ventilelement 28, daß es bei einer hydraulischen Strömung von der zweiten Druckkammer 6 zu der ersten Druckkammer 4 im wesentlichen ohne Drosselwirkung öffnet und bei einer umge­ kehrten Strömungsrichtung druckdicht schließt. In der Schließstellung strömt das hydraulische Medium dann über das Drosselventil 14. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, daß eine Hydraulikströmung von der zweiten Druckkammer 6 in die erste Druckkammer 4 nahezu ohne Dämp­ fung über das Rückschlagventil 24 strömt, wobei aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung auch eine Dämpfungswirkung durch Wirbelbildung weitgehend vermieden wird, da diese Strömung im wesentlichen laminar, wirbelfrei ist. Dabei ist die Auf­ teilung in zwei Strömungswege einerseits über das Drossel­ ventil 14 und andererseits über das Rückschlagventil 24 auch insofern vorteilhaft, als hierdurch in diesen Strömungswegen unterschiedliche Strömungsquerschnitte gewählt werden können. Insbesondere für die Strömung über das Rückschlag­ ventil 24 kann ein großer Strömungsquerschnitt gewählt werden, um diese Strömung besonders verlustfrei zu machen.

Erfindungsgemäß ist nun zumindest in der Öffnungslage des Ventilkörpers 16 in einem auf der in Schließrichtung weisen­ den Seite des Ventilkörpers 16 liegenden Bereich ein vereng­ ter Drosselspalt 30 mit einem maximalen Querschnitt derart gebildet, daß in diesem Bereich innerhalb des in der Öff­ nungslage des Ventilkörpers 16 durch den Strömungskanal 12 strömenden Mediums eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und hierdurch eine partielle Druckverminderung in diesem Bereich "unterhalb" des Ventilkörpers 16 derart auftritt, daß hier­ durch der Ventilkörper 16 bei vorgegebenen Flächen- und Druckverhältnissen - wie im folgenden noch erläutert werden wird - in seine Schließlage gebracht wird. In den Ausfüh­ rungen nach Fig. 1 und 2 ist der Drosselspalt 30 jeweils in der Öffnungslage des Ventilkörpers 16 zwischen diesem und dem Ventilsitz 18 gebildet; da aber jeweils die Schließlage dargestellt ist, wurde die entsprechende Bezugsziffer 30 für den - in dieser Stellung ja nicht vorhandenen - Drosselspalt in Klammern gesetzt. Gemäß Fig. 3 ist der Drosselspalt 30 teilweise zwischen dem Ventilkörper 16 und dem Ventilsitz 18, hauptsächlich aber zwischen Teilen des Ventilgehäuses 2 gebildet, was im folgenden noch genauer erläutert werden wird.

Im Betriebszustand des erfindungsgemäßen Dämpfungsventils 1 ist der Ventilkörper 16 in Schließrichtung mit einer Schließkraft und in Öffnungsrichtung mit einer Öffnungskraft beaufschlagt, wobei die Öffnungskraft durch Beaufschlagung einer ersten, der Strömungsrichtung entgegengesetzten Druck­ fläche 32 des Ventilkörpers 16 mit einem hydraulischen Öff­ nungsdruck p₁ erzeugt wird. Die Schließkraft wird zumindest teilweise durch Beaufschlagung einer zweiten, der ersten Druckfläche 32 gegenüberliegenden Druckfläche 34 des Ventil­ körpers 16 mit einem hydraulischen Schließdruck p₂ erzeugt. Da in der Schließlage der Ventilkörper 16 mit einem äußeren Flächenbereich seiner dem Öffnungsdruck p₁ zugekehrten Fläche dichtend auf dem Ventilsitz 18 aufliegt, ist erfindungsgemäß die erste Druckfläche 32 flächenmäßig kleiner als die zweite Druckfläche 34. Hierdurch muß zum Öffnen des Drosselventils 14 jedenfalls der Öffnungsdruck p₁ größer als der Schließ­ druck p₂ sein, und zwar aufgrund der geltenden Beziehung: Kraft=Fläche mal Druck. Es ist weiterhin besonders vor­ teilhaft, wenn die Schließkraft zusätzlich zu der durch den hydraulischen Schließdruck p₂ erzeugten Kraftkomponente noch durch eine elastische Vorspannkraft vergrößert ist, wobei diese Vorspannkraft zweckmäßigerweise zum Zwecke der Ein­ stellung der Dämpfungswirkung mittels einer in dem Ventilge­ häuse 2 integriert angeordneten Vorspanneinrichtung 36 ins­ besondere mit variabler Höhe erzeugt wird. Die Vorspann­ kraft ist dabei insbesondere mechanisch auf einen Minimal­ wert voreinstellbar. Ausgehend von dem Minimalwert ist die Höhe der Vorspannkraft zudem erfindungsgemäß mittels einer insbesondere hydraulischen Verstelleinrichtung 38 variabel, wobei die Verstelleinrichtung 38 einen derart mit einem hydraulischen Steuerdruck p_St beaufschlagbaren Steuerkolben 40 aufweist, daß eine Erhöhung des Steuerdruckes p_St eine Erhöhung der Vorspannkraft und damit auch der Schließkraft bewirkt. Der Steuerkolben 40 der Verstelleinrichtung 38 besitzt eine erste, von dem Steuerdruck p_St beaufschlagte Druckfläche 42 sowie vorzugsweise auch eine zweite, gegen­ überliegende, von dem Schließdruck p₂ beaufschlagte Druck­ fläche 44, wobei beide Druckflächen 42, 44 insbesondere gleich groß ausgebildet sind. Hierdurch entsteht eine Vor­ spannkraftkomponente nur dann, wenn der Steuerdruck p_St größer als der Schließdruck p₂ ist. Bei Druckgleichgewicht zwischen diesen beiden Drücken hingegen verbleibt der Steu­ erkolben 40 in seiner statischen Lage; es entsteht keine Vorspannkraftkomponente.

Der in der Öffnungslage des Ventilkörpers 16 zumindest teil­ weise zwischen diesem und dem Ventilsitz 18 gebildete Dros­ selspalt 30 ist erfindungsgemäß insbesondere durch einen mechanischen Anschlag 46 auf eine maximale Öffnungsweite begrenzbar.

Zweckmäßigerweise besteht der Ventilkörper 16 aus einem zen­ trischen Führungsteil 48 und einem mit dem Ventilsitz 18 zu­ sammenwirkenden Kopfteil 50. Das Führungsteil 48 ist mit der Verstelleinrichtung 38 bzw. der Vorspanneinrichtung 36 vorzugsweise über einen in eine Führungsvertiefung 52 des Führungsteils 48 eingreifenden Führungsstift 54 des Steuer­ kolbens 40 verbunden. In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Kopfteil 50 des Ventilkörpers 16 scheibenförmig aus einem federelastischen Material gebildet, so daß ein Teil der elastischen Vorspannkraft von dem Kopfteil 50 selbst er­ zeugt wird. Gemäß Fig. 2 (und 3) ist das Kopfteil 50 vor­ zugsweise starr und mit dem Führungsteil 48 einstückig aus­ gebildet, wobei zwischen dem Kopfteil 50 und dem Steuerkol­ ben 40 der Verstelleinrichtung 38 eine vorgespannte, insbe­ sondere als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 56 ange­ ordnet ist. Erfindungsgemäß wird somit jeweils der Minimal­ wert der elastischen Vorspannkraft durch die Federelastizi­ tät des scheibenförmigen Kopfteils 50 gemäß Fig. 1 bzw. der das Kopfteil 50 beaufschlagenden Druckfeder 56 gemäß Fig. 2 erzeugt. Eine Erhöhung der Vorspannkraft erfolgt dann durch Beaufschlagung des Steuerkolbens 40 mit einem Steuerdruck p_St. Dabei wird der maximale Bewegungsbereich in Öffnungs­ richtung des Ventilkörpers 16 durch den Anschlag 46 be­ grenzt, der zweckmäßigerweise von einer Einstellschraube 58 gebildet ist, die auf den Steuerkolben 40 sowie über diesen und den Führungsstift 54 auch auf das Führungsteil 48 des Ventilkörpers 16 wirkt. In der jeweils dargestellten An­ schlagstellung ist hierzu zwischen dem Führungsstift 54 und einer Grundfläche der Führungsvertiefung 52 ein axiales Spiel vorhanden, welches den maximalen Bewegungsbereich des Ventilkörpers 16 in Öffnungsrichtung und damit den Drossel­ spalt 30 begrenzt.

In den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 weist der Ventil­ körper 16 jeweils eine zentrische, entgegen der Strömungs­ richtung in den Strömungskanal 12 ragende Spitze 60 derart auf, daß der Strömungskanal 12 im vor dem Drosselventil 14 bzw. vor dem Drosselspalt 30 liegenden Bereich einen ring­ förmigen, sich in Strömungsrichtung stetig reduzierenden Querschnitt aufweist. Dies ist einerseits insofern vorteil­ haft, als hierdurch die Strömung derart radial nach außen umgelenkt wird, daß die Entstehung einer in Öffnungsrichtung auf den Ventilkörper 16 wirkenden Impulskraft weitgegehend vermieden wird. Zudem kann durch die stetige Verringerung des Querschnittes des Strömungskanals 12 im vor dem Drossel­ spalt 30 liegenden Bereich eine nahezu wirbelfreie, laminare Strömung erreicht werden.

In dieser Hinsicht sind insbesondere die Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 besonders vorteilhaft. Hiernach weist der Strömungskanal 12 durch eine entsprechende, gehäuseseitige Profilierung einen sich in Strömungsrichtung derart vor dem Drosselventil 14 kontinuierlich bis auf den Querschnitt des Drosselspaltes 30 verkleinernden und hinter dem Drosselspalt 30 wieder kontinuierlich vergrößernden Querschnitt auf, daß die Strömung über den gesamten Bereich vor dem, über den so­ wie hinter dem Drosselspalt 30 zumindest annähernd laminar und wirbelfrei ist. In diesen Ausführungsformen kann davon gesprochen werden, daß der Strömungskanal zumindest be­ reichsweise venturirohrartig ausgebildet ist. Dabei liegt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 das Ende der Spitze 60 des Ventilkörpers 16 in einem Bereich des venturirohrartig ausgebildeten Strömungskanals 12, in dem während der Strö­ mung des Hydraulikmediums ein etwa "mittlerer" Druck herrscht, was bedeutet, daß dieser Druck in etwa zwischen dem maximalen Öffnungsdruck und dem strömungsgeschwindig­ keitsbedingt reduzierten Druck liegt. Durch diese Ausge­ staltung wird erreicht, daß durch die Druckbeaufschlagung der Spitze 60 mit einem Druck, der ja zwangsläufig zumindest geringfügig größer als der durch die Strömungsgeschwindig­ keitserhöhung im Bereich des Drosselspaltes 30 herrschende Druck ist, nur eine vernachlässigbar kleine Kraftkomponente in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 16 erzeugt wird.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird eine Erzeugung von durch Auftreffen der Hydraulikströmung auf den Ventilkörper 16 bedingten Impulskräften besonders effektiv vermieden. In dieser Ausführungsform ist in dem in Strömungsrichtung vor dem Drosselventil 14 liegenden Bereich des Strömungskanals 12 ein zentrisches, rohrartiges Einsatzteil 62 derart ange­ ordnet, daß der Strömungskanal 12 einerseits aus einem zen­ trischen, durch das Einsatzteil 62 verlaufenden Kanalab­ schnitt 64 und andererseits aus einem hierzu konzentrischen, zwischen dem Einsatzteil 62 und einer äußeren Kanalwandung 66 gebildeten Ringkanalabschnitt 68 besteht. Dabei verrin­ gert sich zumindest der Querschnitt des Ringkanalabschnittes 68 in Strömungsrichtung kontinuierlich bis auf den anteilig im Endbereich des Einsatzteils 62 zwischen diesem und der äußeren Kanalwandung 66 gebildeten Drosselspalt 30. Vorzugs­ weise besitzt der zentrische Kanalabschnitt 64 einen gegen­ über dem Ringkanalabschnitt 68 geringeren Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform ist somit insbesondere der Ringkanal­ abschnitt 68 venturirohrartig, d. h. praktisch als "Ringven­ turirohr", ausgebildet. Auch hier wird demzufolge eine prak­ tisch verlustfreie Strömung erzielt. Zur Bildung des Ventil­ sitzes 18 erweitert sich die äußere Kanalwandung 66 konisch, und der Ventilkörper 16 besitzt eine dem konischen Ventil­ sitz 18 hinsichtlich des Konuswinkels zumindest annähernd entsprechende Außenkonusfläche 70, so daß der Drosselspalt 30 bzw. der entsprechende Teil des Drosselspaltes 30 zwi­ schen dem Ventilsitz 18 und dem Ventilkörper 16 einen sich entsprechend konisch erweiternden Verlauf besitzt. Ferner weist das Einsatzteil 62 an seinem dem Ventilkörper 16 zu­ gekehrten Ende einen sich derart konisch erweiternden Außen­ umfang 72 auf, daß der Ringkanalabschnitt 68 kontinuierlich über den im Endbereich des Einsatzteils 62 gebildeten Teil des Drosselspaltes 30 in den in der Öffnungslage zwischen dem Ventilsitz 18 und dem Ventilkörper 16 gebildeten, vor­ zugsweise hinsichtlich der Spaltweite einstellbaren Teil des Drosselspaltes 30 übergeht. Die eigentliche Strömung ver­ läuft hierbei über den Ringkanalabschnitt 68, so daß diese Strömung durch die beschriebene Profilierung des Endes des Einsatzteils 62 nicht mehr in Verschiebungsrichtung auf den Ventilkörper 16 wirken kann.

Der Ventilkörper 16 weist an seiner dem Einsatzteil 62 zuge­ kehrten Stirnseite eine flache, an das Ende des Einsatzteils 62 angepaßte Aufnahmevertiefung 74 derart auf, daß in der Öffnungslage des Ventilkörpers 16 zwischen diesem und dem Ende des Einsatzteils 62 ein schmaler Strömungsspalt 76 gebildet ist, der radial nach außen in den Drosselspalt 30 mündet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der zentrische Kanal­ abschnitt 64 an seinem dem Ventilkörper 16 zugekehrten Mün­ dungsende eine insbesondere konische Erweiterung 78 auf­ weist. Da der Strömungsspalt 76 etwa in dem Bereich des Drosselspaltes 30 in diesen mündet, in dem eine maximale Strömungsgeschwindigkeit und damit ein minimaler Druck vor­ liegen, wird das durch den zentrischen Kanalabschnitt 64 strömende Medium nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe radial nach außen gesaugt, so daß auch hierdurch eine Un­ terstützung des Selbstschließeffektes erreicht wird, weil das Medium durch den zentrischen Kanalabschnitt 64 nicht so schnell nachströmen kann, wie es in den Drosselspalt 30 "gesaugt" wird. Bei dieser Ausführungsform ist es zudem vorteilhaft, wenn das rohrartige Einsatzteil 62 an seinem Ende etwa im Bereich des geringsten Querschnittes des Drosselspaltes 30 eine umfängliche, insbesondere durch eine ringförmige Rille 80 gebildete Strömungsabrißkante aufweist.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Dämpfungsventils 1 dürfte durch die bisherige Beschreibung bereits hinreichend klar geworden sein, so daß sich eine nochmalige Erläuterung an dieser Stelle wohl erübrigt.

In Fig. 4 ist nun noch eine bevorzugte Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Dämpfungsventils 1 in einem hydropneumatischen Federungssystem eines Radfahrzeuges veranschaulicht. Hier­ bei ist jedem Rad ein Federzylinder 90, 92 zugeordnet. Jeder Federzylinder besteht aus einem Zylinder 94 und einem in diesem beweglich geführten Kolben 96, der innerhalb des Zylinders einen Zylinderraum 98 von einem eine Kolbenstange 100 umschließenden Ringraum 102 abteilt. Der Zylinderraum 98 ist mit einem ersten Federspeicher 104, 106 verbunden, und vorzugsweise ist auch der Ringraum 102 mit einem sepa­ raten, zweiten Federspeicher 108, 110 verbunden. Das er­ findungsgemäße Dämpfungsventil 1 ist nun jeweils zwischen dem Zylinderraum 98 und dem zugeordneten Federspeicher 104, 106 derart angeordnet, daß eine Einfederungsströmung aus dem Zylinderraum 98 in den zugeordneten Federspeicher 104 bzw. 106 praktisch ohne Dämpfung über das Rückschlagventil 24 strömt, während eine umgekehrte Ausfederungsströmung aus dem jeweiligen Federspeicher 104, 106 in den Zylinderraum 98 dann über das erfindungsgemäße Drosselventil 14 in der oben beschriebenen Weise gedämpft wird.

In Fig. 4 ist das Federungssystem für zwei Räder einer Fahr­ zeugachse angedeutet. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, als Steuerdruck p_St jeweils den Druck zu verwenden, der in dem Zylinderraum 98 des jeweils gegenüberliegenden Federzy­ linders herrscht, wobei dieser Druck dem Schließdruck p₂ ent­ spricht. Auf diese Weise kann eine Stabilisierung des Fahr­ zeugs insbesondere gegen seitliche Wankbewegungen erreicht werden. Die Dämpfungswirkung der erfindungsgemäßen Dämp­ fungsventile ist vorteilhafterweise lastabhängig, da ja auch der innerhalb der Zylinderräume 98 herrschende Druck lastab­ hängig ist. Ferner ist die Dämpfungswirkung vorteilhafter­ weise aber auch abhängig von der Ausfederungsgeschwindigkeit der Federzylinder 90, 92, da diese die Strömungsgeschwindig­ keit des Hydraulikmediums beeinflußt und damit auch den er­ findungsgemäßen "Selbstschließeffekt" des Drosselventils 14. Die Dämpfung paßt sich folglich vorteilhafterweise stets selbsttätig an die beim Einfedern der Federzylinder 90, 92 gespeicherte Energie an, wobei dann die gespeicherte Energie dosiert und sukzessive so abgebaut wird, daß die Federzylin­ der zwar zügig wieder auseinanderfahren, jedoch ein für das Fahrverhalten äußerst schädlicher Rückschlageffekt vermieden wird.

Die Zylinderräume 98 können über Schaltventile 112 wahlweise mit einer Druckleitung P oder einer Tankleitung T verbunden werden, um das Niveau der Federzylinder einzustellen oder die Räder des Fahrzeugs beispielsweise ganz anzuheben. Dabei ist zweckmäßigerweise jeweils die Druckleitung P über das entsprechende Schaltventil 112 zwischen dem ersten Feder­ speicher 104 bzw. 106 und dem erfindungsgemäßen Dämpfungs­ ventil 1 angeschlossen, während die Tankleitung T über das entsprechende Schaltventil 112 zwischen dem Zylinderraum 98 und dem Dämpfungsventil 1 angeschlossen ist. Hierdurch wird erreicht, daß auch eine durch Zuführen von Hydraulikmedium aus der Druckleitung P erzeugte Ausfederung gedämpft wird, während eine durch Ablassen von Medium zur Tankleitung T be­ wirkte Einfederung ungedämpft erfolgt.

Im übrigen sind nähere Einzelheiten und besondere Eigen­ schaften des hydropneumatischen Federungssystems in der älteren Anmeldung P 41 17 455.0-21 der Anmelderin sowie in einer zu der vorliegenden Anmeldung prioritätsgleichen An­ meldung (internes Aktenzeichen 6151) enthalten. Auf diese Anmeldungen wird an dieser Stelle in vollem Umfang Bezug genommen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen.

Claims (22)

1. Dämpfungsventil (1) für hydraulische Medien insbeson­ dere in Stoß- und Schwingungsdämpfungssystemen, mit mindestens einem in einem Strömungskanal (12) angeord­ neten, aus einem Ventilkörper (16) und einem Ventil­ sitz (18) bestehenden Drosselventil (14), wobei der Ventilkörper (16) zwischen einer auf dem Ventilsitz (18) liegenden Schließlage und einer von dem Ventil­ sitz (18) abgehobenen Öffnungslage beweglich ist, und wobei in einem auf der in Schließrichtung weisenden Seite des Ventilkörpers (16) liegenden Bereich ein verengter Drosselspalt (30) mit einem maximalen Quer­ schnitt derart gebildet ist, daß in diesem Bereich innerhalb des in der Öffnungslage des Ventilkörpers (16) durch den Strömungskanal (12) strömenden Mediums eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und hierdurch eine partielle Druckverminderung derart auftritt, daß hierdurch der Ventilkörper (16) bei vorgegebenen Flächen- und Druckverhältnissen in seine Schließlage gebracht wird.

2. Dämpfungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (16) in Schließrichtung mit einer Schließkraft und in Öffnungsrichtung mit einer Öff­ nungskraft beaufschlagt ist, wobei die Öffnungskraft durch Beaufschlagung einer ersten Druckfläche (32) des Ventilkörpers (16) mit einem Öffnungsdruck (p₁) des hydraulischen Mediums erzeugt wird, und wobei die Schließkraft zumindest teilweise durch Beaufschlagung einer zweiten, gegenüberliegenden Druckfläche (34) des Ventilkörpers (16) mit einem Schließdruck (p₂) des hydraulischen Mediums erzeugt wird.

3. Dämpfungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckfläche (32) des Ventilkörpers (16) in der Schließlage flächenmäßig kleiner als die zweite Druck­ fläche (34) ist.

4. Dämpfungsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schließkraft aus einer ersten, durch die Beauf­ schlagung der zweiten Druckfläche (34) mit dem Schließdruck (p₂) erzeugten Kraftkomponente und einer mittels einer Vorspanneinrichtung (36) erzeugten, elastischen Vorspannkraft zusammensetzt.

5. Dämpfungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannkraft insbesondere mechanisch auf einen Mini­ malwert voreinstellbar ist.

6. Dämpfungsventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorspannkraft mittels einer insbesondere hy­ draulischen Verstelleinrichtung (38) variabel ist, wo­ bei die Verstelleinrichtung (38) vorzugsweise einen derart mit einem Steuerdruck (p_St) beaufschlagbaren Steuerkolben (40) aufweist, daß eine Erhöhung des Steuerdruckes (p_St) eine Erhöhung der Vorspannkraft bewirkt.

7. Dämpfungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (40) der Verstelleinrichtung (38) eine erste, von dem Steuerdruck (p_St) beaufschlagte Druck­ fläche (42) sowie vorzugsweise eine zweite, gegenüber­ liegende, von dem Schließdruck (p₂) beaufschlagte Druckfläche (44) aufweist, wobei beide Druckflächen (42, 44) vorzugsweise gleich groß ausgebildet sind.

8. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Drosselspalt (30) in der Öffnungslage des Ventilkörpers (16) zumindest teilweise zwischen diesem und dem Ventilsitz (18) gebildet ist und insbesondere durch einen mechanischen Anschlag (46) einstellbar ist.

9. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (16) aus einem zentrischen Führungsteil (48) und einem mit dem Ventilsitz (18) zusammenwirken­ den Kopfteil (50) besteht, wobei das Führungsteil (48) mit der Verstelleinrichtung (38) vorzugsweise über einen in eine Führungsvertiefung (52) des Führungs­ teils (48) eingreifenden Führungsstift (54) des Steuerkolbens (40) verbunden ist.

10. Dämpfungsventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil (50) des Ventilkörpers (16) scheibenförmig und aus einem federelastischen Material gebildet ist.

11. Dämpfungsventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopfteil (50) des Ventilkörpers (16) und dem Steuerkolben (40) der Verstelleinrichtung (38) eine vorgespannte Druckfeder (56) angeordnet ist, wo­ bei vorzugsweise das Kopfteil (50) starr und mit dem Führungsteil (48) einstückig ausgebildet ist.

12. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (46) von einer Einstellschraube (58) gebildet ist, die über den Steuerkolben (40) und den Führungs­ stift (54) auf das Führungsteil (48) des Ventilkörpers (16) wirkt.

13. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (12) einen sich in Strömungsrichtung derart vor dem Drosselventil (14) kontinuierlich bis auf den Querschnitt des Drosselspaltes (30) verklei­ nernden und hinter dem Drosselventil (30) wieder kon­ tinuierlich vergrößernden Querschnitt aufweist, daß die Strömung über den Drosselspalt (30) zumindest an­ nähernd laminar und wirbelfrei ist.

14. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (16) eine zentrische, entgegen der Strö­ mungsrichtung in den Strömungskanal (12) ragende Spitze (60) derart aufweist, daß der Strömungskanal (12) im vor dem Drosselventil (14) liegenden Bereich einen ringförmigen, sich in Strömungsrichtung reduzie­ renden Querschnitt aufweist.

15. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem in Strömungsrichtung vor dem Drosselventil (14) liegenden Bereich des Strömungskanals (12) ein zentri­ sches, rohrartiges Einsatzteil (62) derart angeordnet ist, daß der Strömungskanal (12) einerseits aus einem zentrischen, durch das Einsatzteil (62) verlaufenden Kanalabschnitt (64) und andererseits aus einem hierzu konzentrischen, zwischen dem Einsatzteil (62) und einer äußeren Kanalwandung (66) gebildeten Ringkanal­ abschnitt (68) besteht, wobei sich zumindest der Quer­ schnitt des Ringkanalabschnittes (68) in Strömungs­ richtung kontinuierlich bis auf den zumindest teilwei­ se im Endbereich des Einsatzteils (62) zwischen diesem und der äußeren Kanalwandung (66) gebildeten Drossel­ spalt (30) verringert.

16. Dämpfungsventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die äußere Kanalwandung (66) zur Bildung des Ventil­ sitzes (18) konisch erweitert und der Ventilkörper (16) eine dem konischen Ventilsitz (18) hinsichtlich des Konuswinkels zumindest annähernd entsprechende Außenkonusfläche (70) aufweist, wobei das Einsatzteil (62) an seinem dem Ventilkörper (16) zugekehrten Ende einen sich derart konisch erweiternden Außenumfang (72) besitzt, daß der Ringkanalabschnitt (68) kontinu­ ierlich über den im Endbereich des Einsatzteils (62) gebildeten Teil des Drosselspaltes (30) in einen in der Öffnungslage zwischen dem Ventilsitz (18) und dem Ventilkörper (16) gebildeten, vorzugsweise einstell­ baren Teil des Drosselspaltes (30) übergeht.

17. Dämpfungsventil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrische Kanalabschnitt (64) an seinem dem Ventil­ körper (16) zugekehrten Mündungsende eine insbesondere konische Erweiterung (78) aufweist, und daß vorzugs­ weise der Ventilkörper (16) an seiner dem Einsatzteil (62) zugekehrten Stirnseite eine flache, an das Ende des Einsatzteils (62) angepaßte Aufnahmevertiefung (74) derart aufweist, daß in der Öffnungslage des Ventilkörpers (16) zwischen diesem und dem Ende des Einsatzteils (62) ein schmaler Strömungsspalt (76) gebildet ist.

18. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrartige Einsatzteil (62) an seinem Ende etwa im Bereich des geringsten Querschnittes des Drossel­ spaltes (30) eine umfängliche, insbesondere durch eine ringförmige Rille (80) gebildete Strömungsabrißkante aufweist.

19. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (14) in einem Ventilgehäuse (2) in dem eine erste Druckkammer (4) und eine zweite Druckkammer (6) verbindenden Strömungskanal (12) angeordnet ist, wobei in die erste Druckkammer (4) ein erster Anschluß (8) mündet sowie in die zweite Druckkammer (6) ein zweiter Anschluß (10), wobei die Anschlüsse (8, 10) und die Druckkammern (4, 6) im wesentlichen fluchtend auf einer Längsachse (20) liegend angeordnet sind, und wobei der Strömungskanal (12) in Richtung einer zu der Längsachse (20) zumindest annähernd senkrechten Quer­ achse (22) aus der ersten Druckkammer (4) abzweigt, hinter dem auf der Querachse (22) liegend angeordneten Drosselventil (14) zweimal um jeweils zumindest an­ nähernd 90° zurück in Richtung der Längsachse (20) ab­ gewinkelt ist und in die zweite Druckkammer (6) mündet.

20. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch ein hydrau­ lisch zu dem Drosselventil (14) parallel geschaltetes, hinsichtlich der Strömungsrichtung gegensinnig wirken­ des Rückschlagventil (24).

21. Dämpfungsventil nach Anspruch 19 und/oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) ein scheibenförmiges, mit einem Ventilsitz (26) zusammenwirkendes und mit einer derart geringen, federelastischen Vorspannkraft in Schließ­ richtung beaufschlagtes Ventilelement (28) aufweist, daß es bei einer hydraulischen Strömung von der zwei­ ten Druckkammer (6) zu der ersten Druckkammer (4) im wesentlichen ohne Drosselwirkung öffnet und bei einer umgekehrten Strömungsrichtung druckdicht schließt.

22. Dämpfungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) derart unmittelbar zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer (4, 6) auf der Längsachse (20) liegend angeordnet ist, daß die Strö­ mung über das Rückschlagventil (24) im wesentlichen geradlinig in Richtung der Längsachse (20) verläuft.