DE4441047C1

DE4441047C1 - Proportionalventil

Info

Publication number: DE4441047C1
Application number: DE4441047A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schmidt
Original assignee: August Bilstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2014-11-19
Also published as: DE59505834D1; ES2089994T3; GR3030191T3; EP0713029B1; ATE179781T1; EP0713029A1; ES2089994T1; GR960300053T1; DK0713029T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungsdämpfer mit einem in einem Dämpfungszylinder axial verschieblich geführten und mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, wobei der Kolben druckabhängige Dämpfungsventile für einen Austausch von Dämpfungsflüssigkeit in der Zug- und in der Druckstufe aufweist und den Dämpfungszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, und bei dem Durchtrittskanäle vorhanden sind, durch welche das die Dämpfungsventile beaufschlagende Druckmedium strömt, und wobei der Kolben einen in einem Bypass-Kanalsystem angeordneten und den dort vorhandenen Mediumsdurchfluß drosselnden elektromagnetisch betätigbaren Steuerschieber aufweist, wobei die den Durchtrittskanälen abgewandte Seite des Dämpfungsventiles einen über das Bypass- Kanalsystem mit dem jeweils gegenüberliegenden Arbeitsraum verbundenen Druckraum aufweist, und bei dem der Druckraum federnd gegenüber dem zugehörigen Arbeitsraum abgedichtet ist.

Solche Proportionalventile arbeiten mit einer Vorsteuerung in der Art, daß durch den auf die den Durchtrittskanälen abgewandte Seite des Dämpfungsventiles wirkenden Druck im dort angeordneten Druckraum ein Abheben des Dämpfungsventiles durch den Hauptstrom steuerbar wird. Hierzu wird mit Hilfe eines Bypass-Kanalsystems ein Gegendruck in dem Druckraum aufgebaut, welcher - abgesehen von den durch die eventuell in der Dämpfungsventilscheibe oder im zugehörigen Auflagerand vorhandenen Konstantdurchflüssen - erst zu einem vorbestimmten Betriebszustand den auftretenden Hauptstrom freigibt.

Ein solches Proportionalventil ist in der DE 33 48 176 C2 offenbart, bei der die Dämpfungsventilscheiben über einen Stützkörper 38 durch einen in einer Beaufschlagungskammer 40 vorhandenen Steuerdruck beaufschlagbar sind. Dieser Steuerdruck wird über ein Bypass-Kanalsystem aufgebracht, welches mit Hilfe eines zusätzlichen Scheibenventiles 45 verschlossen oder geöffnet bzw. in seinem Mediumsdurchfluß gedrosselt werden kann.

Nachteilig ist hierbei die Ausbildung der Druckbeaufschlagungs kammer vollständig innerhalb des Kolbenkörpers mit lediglich einer durch ein weiteres Stützelement verschließbaren Seite.

Dieser Aufbau ist bereits für die dargestellte einseitige Ausbildung kompliziert und fertigungstechnisch nur schwer zu handhaben, was den Gedanken einer in der Beschreibung der DE 33 48 176 C2 (Spalte 4, Z.45 bis 52) ebenfalls erwähnten eventuell doppelseitigen Ausbildung mit entgegengesetzt wirkenden Beaufschlagungskammern nicht sinnvoll erscheinen läßt.

Zudem sind eine Reihe von zusätzlichen, im Kolbenkörper verlaufenden Bypassbohrungen notwendig und auch eine Ausnehmung bzw. Bohrung innerhalb der Dämpfungsventilscheibe, welche für einen ungehinderten Durchtritt des zur Steuerung nötigen Volumenanteiles erforderlich wird.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich in der Zusammenfassung der Funktionen des Absperrventiles und des Steuerventiles durch die genannte Ventilscheibe 45. Hierdurch wird das Entstehen von Unstetigkeiten im Volumenstrom, z. B. durch Flattern des Ventiles, insbesondere bei hochfrequenten und in der Amplitude niedrigen Schwingungen begünstigt.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein Proportionalventil mit einer Vorsteuerung bereitzustellen, welches nicht nur doppelseitig wirksam und steuerbar ist, sondern welches insbesondere in der Fertigung und in der Herstellung durch eine möglichst einfache Bauweise leicht zu handhaben ist und jegliche Unstetigkeiten in der Bypass-Strömung durch exakte Definition der Strömungsquerschnitte vermeiden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Hierbei wird der Druckraum durch die Dämpfungsventilscheibe durch ein zur federnden Abdichtung gegenüber dem zugehörigen Arbeitsraum dienendes elastisches Element und durch die die Mündungsöffnungen des Bypass-Kanalsystems enthaltenden Wandungsteilen des Kolbenkörpers und/oder von Kolbeneinsatzringen begrenzt, wobei das elastische Element des zum jeweils gegenüberliegenden Arbeitsraum gehörigen Druckraumes durch einen im gegenüberliegenden Arbeitsraum auftretenden Mediumsdruck geöffnet wird.

Durch eine solche Ausbildung des Druckraumes und der Dämpfungsventilscheiben in Kombination mit den elastischen Elementen zur federnden Abdichtung erreicht man nicht nur einen sehr einfachen Kolbenaufbau, der im wesentlichen aus ringförmigen, leicht zusammensetzbaren Teilen besteht, sondern man reduziert auch die Anzahl der Kanäle im Bypass-System dadurch, daß für den Eintritt des für die Steuerung nötigen Volumenanteiles in das Bypass-Kanalsystem nicht etwa ein einzelner Kanal, sondern die federnde Abdichtung gegenüber dem jeweils einer gegenüberliegenden Dämpfungsventilscheibe zugehörigen Arbeitsraum genutzt wird.

Hierzu ist eine besonders vorteilhafte Ausbildung so ausgeführt, daß die den Druckraum federnd gegenüber dem zugehörigen Arbeitsraum abdichtenden elastischen Elemente bei einem unterhalb des Druckniveaus zur Öffnung der gegenüberliegenden und den jeweils anderen Arbeitsraum sperrenden Dämpfungsventilscheiben einen in dem gegenüberliegenden Druckraum auf die den Durchtrittskanälen abgewandte Seite der den jeweils anderen Arbeitsraum sperrenden Dämpfungsventil scheiben wirkenden Steuerstrom des Mediums freigeben.

Hierdurch wird auf einfache Weise und abhängig von dem im Bypass-Kanalsystem eingestellten Drosselungseffekten eine Ansteuerung der jeweils gegenüberliegenden Dämpfungsventilscheibe erreicht, wobei bereits zu Beginn jegliche Kolbenbewegung ein ausreichender Steuerdruck zur Verfügung steht, der auch bei eventueller Umkehr der Bewegungsrichtung und geschlossenem Steuerschieber erhalten bleibt.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß die elastischen Elemente als topfförmige, im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventil scheibe, hier im allgemeinen deren äußeren Rand belastende Federringe ausgebildet sind.

Solche topfförmigen Ringe lassen sich sehr leicht herstellen und in ihren Federungseigenschaften beliebig einstellen.

Gleichermaßen einfach herstellbar und einstellbar ist eine Ausbildung der elastischen Elemente als gekröpfte, im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende Tellerfedern.

Für Ausbildungen von Proportionalventilen, die in axialer Richtung besonders platzsparend konstruiert sind, eigenen sich vorteilhafterweise elastische Elemente, welche als im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende elastische Dichtungsringe ausgebildet sind.

Solche als elastische Dichtungsringe ausgebildete Elemente lassen sich auch in Verbindung mit vorgefertigten, ringförmigen Aufnahmekörpern herstellen, so daß die Montage weiterhin erleichtert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung erreicht man dadurch, daß die elastischen Elemente als im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende Metall-Nichtmetall- Verbundwerkstoffe ausgebildet sind. Solche Verbundwerkstoffe bestehen im wesentlichen aus einer Verbindung von Elastomeren oder Gummi und Metall.

Hierdurch ergibt sich in dem Zusammenwirken von Elementen unterschiedlicher Elastizität eine besonders weich einstellbare Dämpfungskennlinie.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind die in die jeweiligen Arbeitsräume mündenden Austrittsöffnungen des Bypass- Kanalsystems mit einem einen Eintritt des Druckmediums aus dem
jeweiligen Arbeitsraum in das Bypass-Kanalsystem verhinderndem Rückschlagventil versehen.

Solche separaten Rückschlagventile sind zum einen in ihrer Funktionsweise und in ihrer Montage sehr einfach und bilden mechanisch sichere und gegenüber hochfrequenten Schwingungen tolerante Dichtungselemente.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der den im Bypass-Kanalsystem vorhandenen Mediumsdurchfluß drosselnde elektromagnetisch betätigbare Steuerschieber als separates und in Fließrichtung vor den Rückschlagventilen sowohl in der Zug- als auch in der Druckstufe wirksames Steuerelement ausgebildet.

Durch eine solche Konstruktion wird die Drosselfunktion völlig getrennt gehalten von der Dichtfunktion der Rückschlagventile, und es ergibt sich ein von Unstetigkeiten freier Drosselvolumenstrom in einem genau definierten Kanalquerschnitt. Zudem kann hierdurch mit lediglich einem elektromagnetisch betätigbaren Steuerschieber eine Steuerung für beide Bewegungsrichtungen, d. h. für die Zug- und die Druckstufe, vorgenommen werden. Dies wiederum verringert in einem weiteren Schritt die Baugröße des Kolbens und vereinfacht die Gesamtkonstruktion.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher verdeutlicht werden. Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Proportionalventil mit einem als topfförmiger Federring ausgebildeten elastischen Element

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Proportionalventil mit einem als gekröpfte Tellerfeder ausgebildeten elastischen Element.

In der Fig. 1 erkennt man den Kolben 1 mit seinem u. a. aus den Kanälen 2, 3 und 4 bestehenden Bypass-Kanalsystem.

Der Kolben gleitet in einen hier nicht näher dargestellten Zylinder und trennt die beiden Arbeitsräume 5 und 6.

Der Kolben weist in seinem Grundkörper Durchtrittskanäle 7 und 8 auf, welche den Hauptstrom des Dämpfungsmediums auf die Dämpfungsventilscheiben 9 und 10 leiten, welche zusammen mit den topfförmig ausgebildeten elastischen Elementen 11 und 12 die druckabhängigen Dämpfungsventile 13 und 14 bilden.

In der Druckstufenbewegungsrichtung 15 des Kolbens, welche hier exemplarisch dargestellt ist, hebt der Mediumsdruck im Arbeitsraum 6 zunächst den nach innen gebogenen Topfkragen 16 des elastischen Elementes 12 und strömt durch die Bohrung 17 sowie durch den Kanal 3 und die Bohrung 18 bei den Steuerstrom drosselndem Steuerschieber 19 in den Druckraum 20 und baut dort einen Gegendruck zu dem Hauptstrom des Dämpfungsmediums auf, welcher durch den Kanal 8 strömt und auf die Dämpfungsventilscheibe 9 wirkt.

Ein weiteres Öffnen des Steuerschiebers 19 bewirkt einen Druckabbau im Druckraum 20, da dann der Steuerstrom durch den Kanal 3 über den Steuerraum 22, den Kanal 2 und über das Rückschlagventil 23 in den gegenüberliegenden Arbeitsraum 5 abströmen kann.

Angesteuert wird der Steuerschieber durch die Elektromagneten 24, wobei eine Feder 25 für eine Grundstellung und Sperrung des Steuerschiebers 19 sorgt.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführung mit einem als gekröpfte Tellerfeder 26 ausgebildeten elastischen Federelement auf der unteren Seite.

In der hier dargestellten Bewegungsrichtung 27, d. h. in der Zugstufe des Kolbens, strömt der Steuervolumen-Anteil zunächst unter Öffnen des einwärts gebogenen Topfkragens des topfförmigen oberen elastischen Elementes 28 und gedrosselt durch den Steuerschieber 19 durch die Kanäle und Bohrungen 18, 3, 22 und 4 des Kanalsystems, bevor es den Druckraum 29 erreicht, wo mit Hilfe des als gekröpfte Tellerfeder 26 ausgebildeten unteren elastischen Elementes ein Gegendruck zu dem durch den Kanal 7 geleiteten Hauptstrom des Dämpfungsmediums auf die Dämpfungsventilscheibe 10 ausgeübt wird.

Bezugszeichenliste

1 Kolben
2, 3, 4 Kanal
5, 6 Arbeitsraum
7, 8 Durchtrittskanal
9, 10 Dämpfungsventilscheibe
11, 12 elastisches Element
13, 14 druckabhängiges Dämpfungsventil
15 Bewegungsrichtung i.d. Druckstufe
16 Topfkragen/topfförmiger Federring
17, 18 Bohrung
19 Steuerschieber
20, 21 Druckraum
22 Steuerraum
23 Rückschlagventil
24 Elektromagnet
25 Feder
26 gekröpfte Tellerfeder 27 Bewegungsrichtung i.d. Zugstufe
28 Topfkragen/topfförmiger Federring
29 Druckraum

Claims

1. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer mit einem in einem Dämpfungszylinder axial verschieblich geführten und mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben, wobei der Kolben druckabhängige Dämpfungsventile für einen Austausch von Dämpfungsflüssigkeit in der Zug- und in der Druckstufe aufweist und den Dämpfungszylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, und bei dem Durchtrittskanäle vorhanden sind, durch welche das die Dämpfungsventile beaufschlagende Druckmedium strömt, und wobei der Kolben einen in einem Bypass-Kanalsystem angeordneten und den dort vorhandenen Mediumsdurchfluß drosselnden elektromagnetisch betätigbaren Steuerschieber aufweist, wobei die den Durchtrittskanälen abgewandte Seite des Dämpfungsventiles einen über das Bypass-Kanalsystem mit dem jeweils gegenüberliegenden Arbeitsraum verbundenen Druckraum aufweist, durch den ein Steuerdruck auf das Dämpfungsventil ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum durch die Dämpfungsventilscheibe, durch ein elastisches Element und durch die die Mündungsöffnungen des Bypass-Kanalsystems enthaltenden Wandungsteile des Kolbenkörpers und/oder von Kolbeneinsatzringen begrenzt wird, wobei das elastische Element des zum jeweils gegenüberliegenden Arbeitsraum gehörigen Druckraumes bei einem gegenüber dem zugehörigen Arbeitsraum höheren Druck in der Druckkammer, diese gegenüber dem zugehörigen Arbeitsraum abdichtet, und durch einen im gegenüberliegenden Arbeitsraum auftretenden Mediumsdruck, wenn dieser den Druck in der Druckkammer übersteigt, geöffnet wird.

2. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente bei einem unterhalb des Druckniveaus zur Öffnung der gegenüberliegenden und den jeweils anderen Arbeitsraum sperrenden Dämpfungsventilscheiben einen in dem gegenüberliegenden Druckraum auf die den Durchtrittskanälen abgewandte Seite der den jeweils anderen Arbeitsraum sperrenden Dämpfungsventilscheiben wirkenden Steuerstrom des Mediums freigeben.

3. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente als topfförmige, im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende Federringe ausgebildet sind.

4. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente als gekröpfte, im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende Tellerfedern ausgebildet sind.

5. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente als im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende elastische Dichtungsringe ausgebildet sind.

6. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente als im Kolbenkörper gelagerte und die Dämpfungsventilscheibe belastende Metall-Nichtmetall- Verbundwerkstoffe ausgebildet sind.

7. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die jeweiligen Arbeitsräume mündenden Austrittsöffnungen des Bypass-Kanalsystems mit einem einen Eintritt des Druckmediums aus dem jeweiligen Arbeitsraum in das Bypass-Kanalsystem verhinderndem Rückschlagventil versehen sind.

8. Proportionalventil für einen hydraulischen Schwingungs dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den im Bypass-Kanalsystem vorhandenen Mediumsdurchfluß drosselnde elektromagnetisch betätigbare Steuerschieber als separates und in Fließrichtung vor den Rückschlagventilen sowohl in der Zug- als auch in der Druckstufe wirksames Steuerelement ausgebildet ist.