DE69004845T2

DE69004845T2 - Elektromagnetisches Ventil mit Verwendung eines permanenten Magneten.

Info

Publication number: DE69004845T2
Application number: DE90303800T
Authority: DE
Inventors: Dale A Knutson
Original assignee: Applied Power Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: DE69004845D1; EP0392784B1; US4946009A; JPH0361777A; EP0392784A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein elektromagnetische Modulations-Ventile. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Ventile, die Permanentmagnete und Elektromagnete einsetzen, um verbesserte Ansprechzeiten zu schaffen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein modulierendes elektromagnetisches Ventil, das in Kraftfahrzeugstoßdämpfern eingesetzt werden kann, um die Dämpfungscharakteristik der Stoßdämpfer zu variieren.
Das US-PS 4 605 197, erteilt am 12. August 1986 an Casey et al. für "Proportional-Sperr-Drucksteuerungsvorrichtung", zeigt ein Proportionaldrucksteuerventil, das einen Motor mit einem Gehäuse und einem zwischen ersten und zweiten Grenzpositionen hin- und herbewegbaren Anker aufweist. Ein Ventilteil ist an einem Ende des Ankers neben dem Ventilsitz angebracht. Zentrierungsfedern halten den Anker in einer zentrierten Position, wobei das Ventilteil einen vorgegebenen Abstand vom Ventilsitz hat. Der Fluidfluß wird proportional zum im elektromagnetischen Spulenelement induzierten Strom gesteuert. Obwohl verschiedene Elemente dieser Vorrichtung der erfindungsgemäßen ähneln, ist dieses eine Proportionaldrucksteuerungsvorrichtung, wobei die Länge des Ankerhubs proportional der Menge des eingesetzten elektrischen Stroms ist. Im Gegensatz dazu bewegt sich das pulsbreitenmodulierte Ventil des Anmelders stets zyklisch in jede Grenzposition, wobei die Frequenz der Bewegung die Flußrate bestimmt.
Das an Richoson Jr. am 3. Januar 1989 für "elektromagnetische Ventilbetätiger" erteilte US-Patent 4 794 890 zeigt einen bistabilen elektromechanischen Wandler mit einem hin- und herbewegbaren Anker, der eine Permanentmagneten-Sperr- Anordnung verwendet. Der Permanentmagnet bewegt den Anker in die beiden Grenzpositionen und ein Elektromagnet bewegt den Anker zwischen den beiden Grenzpositionen. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Anordnung zur Abbremsung des Ankers und des Ventils, wenn das Ventil sich einer Grenzposition nähert.
Das an Knutson am 28. November 1978 erteilte US-PS 4 127 835 über "Electromechanical Force Motor" zeigt einen elektromechanisch betriebenen Motor, der ein längliches magnetisches Gehäuse, das einen magnetischen Anker beinhaltet. Die ringförmige elektromagnetische Spule umgibt den Anker und ist axial zwischen einem Paar Permanentmagneten mit axial ausgerichteten Polen angeordnet. Wie bei Casey et al. werden Zentrierfedern verwendet. Ferner werden - im Gegensatz zur Erfindung - permanentmagnetische Pole axial angeordnet, im Gegensatz zu den radial angeordneten.
Das US-PS 3 740 594, erteilt an Casey am 19. Juni 1973 für eine "Permanentelektromagnetische Hin- und Herbewegungsvorrichtung" besitzt einen ringförmigen radial magnetisierten Permanentmagneten, der koaxial einen langen länglichen Anker umgibt. Der Permanentmagnet und der Anker liegen nahe beieinander; im dazwischenliegenden Spalt befindet sich eine elektromagnetische Spule.
Das US-PS 4 004 258, erteilt an Valcor Engineering Corporation am 18. Juni 1977 für "Position Indicating Pulse Latching Solenoid" zeigt ein Puls-Sperr-Solenoid, das ein zwischen zwei Haltepositionen bewegbares Ventilteil, Permanentmagneten, die das Ventilteil dazu veranlassen, in seiner Halteposition, in die es bewegt worden ist, zu bleiben und elektromagnetische Wicklungen, die dann, wenn sie mit Energie versorgt werden, die Bewegung des Ventilteils initiieren, aufweist. Eine Ausführungsform der Erfindung, die dargestellt ist, wird dazu eingesetzt, um ein Fluidsteuerventil zu betreiben. Im Betrieb führt die Bewegung des Ventilteils zwischen den beiden Haltepositionen zur Ventilöffnung und -schließung, wodurch der Fluß des Fluids gesteuert wird.
Die deutsche Patentanmeldung 36 35 894 von Bosch vom 22. Oktober 1986 für einen "Stoßdämpfer" zeigt einen Stoßdämpfer mit einem Zylinder und einem Kolben in demselben, der voneinander getrennt eine Kompressionskammer und eine Rückstoßkammer aufweist, der Stoßdämpfer weist ferner Ventileinrichtungen zwischen den Kammern auf, die Ventileinrichtungen beinhalten ein Gehäuse, das magnetische Antriebsmittel enthält, die mit Steuereinrichtungen über Verbindungsmittel verbunden sind, wobei die Antriebsmittel aufweisen: einen magnetisch zwischen ersten und zweiten Grenzpositionen bewegbaren Anker und magnetische Bewegungsmittel, eingeschlossen einen Permanentmagneten und elektromagnetische Einrichtungen zur Hin- und Herbewegung des Ankers zwischen den beiden Grenzpositionen, wobei die Steuereinrichtungen: eine Manschette; eine die Kammern verbindende Fluidpassage durch die Manschette und das Gehäuse, wobei Einrichtungen mit dem Anker zum Schließen der ersten Passage dann, wenn der Anker sich in der zweiten Grenzposition befindet, verbunden sind.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein pulsbreitenmoduliertes elektromagnetisches Ventil zu schaffen, das sowohl einen Permanentmagneten als auch einen Elektromagneten verwendet, um kurze Ansprechzeiten zu verwirklichen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein schnell ansprechendes pulsbreitenmoduliertes elektromagnetisches Ventil für Kraftfahrzeugstoßdämpfer zu schaffen, das eine Rückschlagventilvorrichtung umfaßt, um verschiedene Dämpfungscharakteristika abhängig von der Bewegungsrichtung des Kolbens des Stoßdämpfers zu ermöglichen.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird ein pulsbreitenmoduliertes Ventil zur Steuerung des Fluidflusses zwischen ersten und zweiten Kammern geschaffen, wobei das Ventil aufweist:
(a) ein im wesentlichen zylindisches Gehäuse mit magnetischen Antriebsmitteln, die mit einer Regeleinrichtung über Konnektormittel verbunden sind;
(b) wobei die magnetischen Antriebsmittel aufweisen:
(1) einen zylindrischen ferromagnetischen Anker, der axial zwischen ersten und zweiten Grenzpositionen hinund herbewegbar ist;
(2) magnetische Bewegungsmittel, die allgemein den Anker umgeben, die einen radial magnetisierten Permanentmagneten und eine elektromagnetische Einrichtung aufweisen, wobei die Bewegungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie den Anker alternierend zwischen den ersten und zweiten Grenzpositionen bewegt und der Anker in einer vorausgewählten Weise in einer der beiden Grenzpositionen hält; und
(3) Steuermittel zur Steuerung der Bewegungseinrichtung; und
(c) wobei die Steuereinrichtung aufweist:
(1) ein im allgemeinen zylindrisches Ventilteil, das mit dem Anker über die Konnektoreinrichtung verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilteil in einer Manschette zwischen einer ersten Öffnungsposition, in der der Anker sich in der ersten Grenzposition befindet und einer zweiten Schließposition, in der der Anker sich in der zweiten Grenzposition befindet, axial hin- und herbewegbar ist;
(2) wobei dann, wenn das Ventilteil sich in der Schließposition befindet, das Ventilteil und die Manschette den Fluidfluß zwischen den Kammern verhindern und dann, wenn das Ventilteil sich in der geöffneten Position befindet, das Ventilteil und die Manschette einen Fluidf luß zwischen den Kammern ermöglichen; und
(3) Mittel zum Antreiben des Ventilteils in die Öffnungsposition; ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Sperrventileinrichtung neben der Steuereinrichtung besitzt, wobei die Sperrventileinrichtung es dem Fluid ermöglicht, sich mit einer ersten Geschwindigkeit aus der ersten Kammer in die zweite Kammer und mit einer zweiten Geschwindigkeit aus der zweiten Kammer in die erste Kammer zu fließen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Stoßdämpfer geschaffen, der einen Zylinder und einen Kolben darin besitzt, der eine Kompressionskammer und eine Rückstoßkammer voneinander trennt, wobei der Stoßdämpfer weiterhin eine pulsbreitenmodulierte Ventileinrichtung zwischen den Kammern aufweist, wobei die Ventileinrichtung aufweist:
(a) ein Gehäuse mit magnetischen Antriebsmitteln, die mit den Steuereinrichtungen durch Konnektoreinrichtungen verbunden sind;
(b) wobei die Antriebsmittel aufweisen:
einen Anker, der magnetisch zwischen ersten und zweiten Grenzpositionen hin- und herbewegbar ist; und magnetische bewegliche Einrichtungen, eingeschlossen einen Permanentmagneten und elektromagnetischen Einrichtungen, um die Hin- und Herbewegung des Ankers zwischen den beiden Grenzpositionen zu bewirken;
wobei die Regeleinrichtung aufweist:
eine Manschette; eine erste Fluidpassage durch die Manschette und das Gehäuse, das die Kammern verbindet; und ein im allgemeinen zylindrisches Ventilteil, das mit dem Anker über die Konnektoreinrichtung verbunden ist, um die erste Passage dann zu schließen, wenn sich der Anker in der zweiten Grenzposition befindet; wobei das Ventilteil axial hin- und herbewegbar in der Manschette zwischen einer ersten Öffnungsposition, in der sich der Anker in der ersten Grenzposition befindet und einer zweiten Schließposition, wenn der Anker sich in der zweiten Grenzposition befindet, ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Fluidpassage durch das Gehäuse die Kammern verbindet; und ein bidirektionales Sperrventil in der zweiten Fluidpassage es dem Fluid ermöglicht, mit einer ersten Rate von der Rückstoßkammer zur Kompressionskammer zu fließen und es dem Fluid ermöglicht, mit einer zweiten Rate von der Kompressionskammer zur Rückstoßkammer zu fließen.
Weitere Variationen und Modifikationen als auch unterschiedliche Anwendungen der Erfindung werden dem Fachmann nach Lesen der Beschreibung offensichtlich und fallen unter den Schutzbereich der Erfindung, falls sie unter den Schutzbereich der Ansprüche, die nach der Beschreibung der bevorzugten Ausführungformen folgen, fallen.
Dabei zeigt:
Figur 1 eine Ansicht eines zentral geschnittenen Ventils, das Teil einer Ausführungsform der Erfindung ist;
Figur 1A einen Querschnitt durch das Ventil entlang der Linie 1A-1A der Figur 1;
Figur 2 ein Schema eines magnetischen Schaltkreises des Ventils der Figur 1;
Figur 3 einen Graph, der die Öffnungs- und Schließkräfte im Ventil zeigt;
Figur 4 die Ansicht eines Mittelschnittes durch einen Kraftfahrzeugstoßdämpfer, der eine Ausführungsform der Erfindung einsetzt;
Figur 5 eine Ansicht eines Mittelschnittes durch das Ventil der Figur 4, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 die Ansicht eines Mittelschnittes eines Teils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7 eine Ansicht eines Teils eines Mittelschnittes einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten.
Das Ventil, das Teil einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, ist in Figur 1 gezeigt. Ein elektrohydraulisches Ventil 10 besitzt eine magnetische Antriebseinheit 12 und einen hydraulischen Ventilabschnitt 14, der durch eine Ventilmanschette 15 zusammengehalten wird. Das Ventil 10 steuert einstellbar den Fluidfluß zwischen einer ersten Kammer 16 und einer zweiten Kammer 18.
Die magnetische Antriebseinheit 12 besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Anker 20 mit einer ersten Fläche 22 und einer zweiten Fläche 24. Das Ventil 10 ist in Figur 1 mit einer Mittelachse 11 dargestellt. Der Anker 20 ist axial in einer zylindrischen Kammer 26 bewegbar und bvorzugt aus einem ferromagnetischen Material geringer magnetischer Widerstand, wie Eisen, hergestellt. Der Anker 20 wird radial durch ein Element 28 niedriger Reibung und hoher magnetischer Widerstand aus einem Material, wie Teflon, an seiner Position gehalten.
Ein ringförmiger Permanentmagnet 30 und eine Spule 32 sind durch das Element 28 in einer festen Position gehalten. Der Permanentmagnet 30 besitzt eine radiale Magnetisierung, wie durch die Pole "N" und "S" angegeben. Der axial benachbarte Magnet 30 ist die Spule 32, wobei der Magnet 30 und die Spule 32 konzentrisch zum Anker 20 sind. Das Element 28, der Magnet 30 und die Spule 32 werden zueinander in fester Relation durch eine Manschette 34 aus einem Material niedrigen magnetischen Widerstands gehalten.
Die nach links gerichtete Bewegung der ersten Fläche 22 des Ankers 20 ist durch eine Trennplatte 36 begrenzt. Die Platte 36 ist kreisförmig und konzentrisch zur Achse 11. Die rechts gerichtete Bewegung der zweiten Fläche 24 des Ankers 20 wird durch die Kappe 38 begrenzt, die einen sich durch sie erstreckenden Kanal 40 besitzt. Der Kanal 40 ermöglicht den Drähten 42 den Zugang zur Spule 32, um diese mit einer Schalt- und Energieeinheit 44 zu verbinden. Die Einheit 44 steuert die Zeitgebung und die Polarität des Stroms zur Spule 32. Die Kappe 38 ist mit geeigneten Mitteln an der Ventilmanschette 15 befestigt.
Die magnetischen Charakteristika der oben beschriebenen magnetischen Antriebseinheit 12 sind in Figur 2 dargestellt. In der Konfiguration der Figur 1 sind der Anker 20, die Trennplatte 36, die Kappe 38, die Manschette 34 und die Manschette 15 alle aus einem Material niedriger magnetischer Widerstand, die, wie in Figur 2 gezeigt, dazu dienen, den dargestellten magnetischen Kreis zu bilden.
Figur 2 zeigt die magnetischen Charakteristika der Antriebseinheit l2 dann, wenn der Anker 20 das Ventil öffnet, (d.h. wenn der Anker 20 sich in Figur 1 von rechts nach links bewegt). Durch Beaufschlagung der Spule 32 mit Strom in der richtigen Richtung wird ein magnetisches Feld mit Magnet- Flußlinien 320, die wie gezeigt orientiert sind, induziert.
Ein vorher bestehendes, durch den Permanentmagneten 30 aufgebautes Feld ist, wie durch die magnetischen Flußlinien 300 angegeben, orientiert. Die zusammenwirkenden Kräfte auf den Anker 20 hängen von den Flußdichten der Felder durch die Spalte G1, G2 und G3 ab.
Der Spalt G3, der radial zwischen dem Anker 20 und den magnetischen Komponenten 30, 32 gemessen wird, bleibt konstant.
Der Spalt G1 wird zwischen der Platte 36 und der Ankerfläche 22 gemessen und hängt von der Position der Fläche 22 ab. In ähnlicher Weise variiert der Spalt 32 abhängig von der Position der Fläche 24. Die Summe der Spalte G1 und G2 verbleibt konstant hinsichtlich der Größe; der Spalt G1 wächst, wenn der Spalt G2 schrumpft und umgekehrt. Es ist zu bemerken, daß nach Umkehr der Stromrichtung sich die Richtung der Magnetlinien 320 umkehrt.
Der Ventilabschnitt 14 ist von der magnetischen Antriebseinheit 12 durch die Trennplatte 36 getrennt. Die Verbindungsstange 46 verbindet den Anker 20 und das Ventilteil 28. Die Klammer 48 ist am Ventilteil so befestigt, daß sich das Ventilteil 50 mit dem Anker 20 bewegt. Das Ventilteil 50 bewegt sich axial beweglich innerhalb der inneren Manschette, die sich radial innerhalb der Manschette 15 befindet.
Wenn das Ventilteil 50 geöffnet ist, dringen die Flußkräfte des zwischen dem Ventilteil 50 und der Manschette 52 fließenden Fluids dazu, das Ventil in seine Schließposition zu drücken. Um diesen Flußkräften entgegenzuwirken, wird die Feder 54 verwendet, um das Ventil entgegen den Flußkräften offen zu halten. Die Feder 54 wird durch einen Schnappring 56 und die Trennplatte 36 an ihrem Platz gehalten.
Wie aus Figur 1A ersichtlich, ist die Klammer 48 so eingerichtet, daß sie freien Fluidfluß zwischen der Zentralbohrung 58 des Ventilteils 50 und der Kammer 60 zwischen der Platte 36 und der Klammer 48 ermöglicht. Schnelle Hin- und Herbewegungen des Ventilteiles 50 werden auch durch mehrere periphere Druckausgleichsvertiefungen 62 auf dem Ventilteil 50 unterstützt. Wenn das Ventilteil 50 sich in seiner offenen Position befindet, fließt Fluid von der Kammer 16 durch die Manschetten 52 und 15 in die Kammer 18. Die Öffnungen 64 und 66 sind in der Manschette 15 und 52 vorgesehen, um die Fluidpassage zu ermöglichen.
In der nachfolgenden Beschreibung der Betriebsweise des Ventils 10 wird auf Figur 3 Bezug genommen, die verschiedene Betriebsbedingungen des Ventils zeigt. Wenn auf Punkte in den Kraftkurven der Figur 3 Bezug genommen wird, werden diese Punkte als Kräfte bezeichnet.
In Figur 3 repräsentiert die senkrechte Achse die Öffnungs- und Schießkräfte - Punkte oberhalb der waagerechten Achse sind Kräfte, die das Ventil öffnen und Punkte unterhalb sind Kräfte, die das Ventil schließen. Ferner definiert die waagrechte Achse den Ventilteilhub bei der vollständig geöffneter Position des Ventils (nämlich G1 = 0) bei xmin und bei vollständig geschlossener Position (nämlich G2 = 0) bei xmax. Jede Kraftkurve ist mit Ventilkomponenten oder Phänomenen, die die definierte Kraft hervorrufen, verbunden.
Im Gegensatz zu Proportionaldrucksteuerventilen besitzt das Ventil 10 keine zentrierenden Federn oder Haltekräfte, um diesen entgegenzuwirken. Wenn in der Spule 32 der Strom abgeschaltet wird, befindet sich der Anker 20 in einer der Grenzpositionen (offen oder geschlossen). Wenn das Ventil 10 geschlossen ist und keine Spannung in Spule 32 anliegt, addieren sich die Kräfte 101, 103, 104 und 105 zu einer Kraft, die den Anker 20 (und das Ventilteil 50) in geschlossener Position hält.
Bemerkenswerterweise ist der Spalt G3 im magnetischen Kreis vorgesehen, um zu verhindern, daß die gesamte Kreis-Verzögerung gegen Null geht, wenn G1 = 0 oder G2 = 0. Wie graphisch in Figur 3 dargestellt, verhindert dieser nicht-lineare Endabschnitte am Ende des Hubs. Demzufolge ist die flußdichteninduzierte Kraft zum Halten des Ankers 20 an jedem Hubende adäquat, aber nicht größer. Der Anker 20 wird an den Enden seines Hubs in magnetische Sättigung bewegt. Dies verhindert die Ausbildung überschüssiger magnetischer Felder, die andernfalls zusammenbrechen müssen, bevor irgendeine Ankerbewegung beginnen kann.
Wenn die Feder 32 angeschaltet wird (mit Strom in richtiger Richtung), wird eine Öffnungskraft durch die Kombination des Permanentmagneten 30 und der Spule 32 (102) hevorgebracht. Die Kräfte 102 und 103 wirken zur Öffnung des Ventilteils 50 zusammen. Die Kraft der mechanischen Federn bleibt im wesentlichen konstant während des Ankerhubs, obwohl sie leicht ansteigt, wenn sich das Ventil öffnet.
Die Flußkraft 204 versucht, das Ventil zu schließen. Entgegen der Kraft 205 des Permanentmagneten 30, die in der Mitte des Hubs Null ist, liefern die Spule 32 und die Feder 54 ausreichende Kräfte 202, 203, um das Ventil zu öffnen.
Sobald der Anker 20 das "offene" Ende seines Hubs bei xmin erreicht hat, üben die mechanische Feder 54 und der Permanentmagnet 30 Kräfte 303, 305 aus, um das Ventil in einer Öffnungsposition zu halten. Anschließend kann der Strom abgeschaltet werden, wobei der Anker 20 und das Ventilteil 50 in ihren Öffnungspositionen verbleiben.
Um das Ventil zu schließen, wird Strom umgekehrter Polarität, der die Kraft 307 hervorruft, angelegt. Die Kraft 307 addiert sich mit der Flußkraft 304, um der Kraft der mechanischen Feder 303 entgegenzuwirken und das Schließen des Ventils zu beginnen. Bei x&sub0; setzen die gesamte magnetische Kraft 207 (nur die Spulenkraft, da der Permanentmagnet keine Bewegungskraft 205 bei x&sub0; hervorbringt) plus Flußkraft 204 das Schließen des Ventils entgegengesetzt der Kraft 203 der Feder 54 fort.
Wenn schließlich der Anker 20 xmax erreicht, wird die Spule 32 wieder abgeschaltet, wobei die Kraft 105 des Permanentmagneten das Ventilteil 50 gegenüber der Öffnungkraft der Feder 54 schließt. Das Ventil kann dann einen neuen Betriebszyklus beginnen.
Die oben beschriebene Ventilanordnung ermöglicht Hochgeschwindigkeitsbetrieb in einem Modulationsventil ohne die typischen Schwierigkeiten. Die Ausbildung minimiert und eliminiert viele Kräfte, die sonst durch elektromagnetische Kräfte überwunden werden müssen. Beispielsweise treten keine Zentrierungsfederkräfte auf.
Figur 4 zeigt ein Ventil 510 entsprechend einer bevorzugtenAusführungsform der Erfindung in einem Stoßdämpferkolben 70, der sich axial in einem Zylinder 72 bewegt. Das Ventil 510 ermöglicht bevorzugt ein bei Kompression unterschiedliches Kraftgeschwindigkeitsverhalten des Kolbens 70, verglichen mit dem Kraft-/Geschwindigkeitsverhalten bei der Rückkehr. Um dieses zu erzielen, wird ein bidirektionaler Rückschlagventilabschnitt 13 zugefügt.
Die Figur 5 zeigt das Ventil 510, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildet, es besitzt viele gleiche Komponenten wie Ventil 10 der Figur 1. Der Abschnitt 13 schafft die erwünschte bidirektionale variable Dämpfung. Der Abschnitt 13 ist an der inneren Manschette 52 durch eine allgemein zylindrische Buchse 74 und einen O-Ring 76 befestigt. Die Manschette 74 besitzt eine enge Passage 78, die Fluidfluß von der Kammer 16 zum Ventilteil 20 ermöglicht. Die Passage 78 wirkt auch als Hubraum für die Lochplatte 80, die durch die Manschette 15 an ihrem Platz gehalten ist. Die Platte 80 wird zwischen einer ersten Tellerfederanordnung 82 (mit einer großen Tellerfeder 84) und einer zweiten Tellerfederanordnung 86 (mit einer großen Tellerfeder 88) sandwhichartig eingeschlossen. Die Platte 80 und die Anordnungen 82, 86 werden sicher auf der Manschette 74 durch den Schließring 90 gehalten, der durch die Lippe 92 der Passage 78 an seinem Platz gehalten wird.
Die Platte 80 besitzt eine erste Fläche 94 und eine zweite Fläche 96. Eine Öffnung 89 besitzt eine große Einlaßöffnung 110 in der Fläche 94 und eine kleine Auslaßöffnung 112 in der Fläche 96, die durch eine Tellerfeder 94 bedeckt ist. In ähnlicher Weise besitzt die Öffnung 114 eine große Einlaßöffnung 116 in der Fläche 96 und eine kleine Auslaßöffnung 118 in der Fläche 94, die durch eine Tellerfeder 88 bedeckt ist. Die Öffnung 89 ermöglicht den Fluß in einer Richtung von Kammer 16 zu Kammer 18 durch den Kanal 120 und die Öffnungen 64. Die Öffnung 114 erlaubt in ähnlicher Weise nur Fluidfluß in umgekehrter Richtung.
Die Konfiguration des Abschnitts 13 bedeutet, daß das Ventil 510 eine Schwellendämpfung ermöglicht, die durch den Betrieb des Ventils 510 in erwünschter Weise verstärkt werden kann. Die Öffnung 89 und die Tellerfeder 84 wirken als Rückschlagventile, wie es die Öffnung 114 und die Feder 88 tun. Die spezifischen Charakteristika der Rückschlagventile werden durch die Öffnungsdimensionen und die Federkonstanten der Tellerfederanordnungen 82, 86 bestimmt.
Durch Änderung des Ventilteils 50 kann ein großer Dämpfungsbereich erzielt werden. Dieser Betrieb wird in einem sehr kompakten, schnell ansprechenden Ventil erzielt.
In Figur 5 ist die Feder 32 in zwei Windungen aufgeteilt, um die magnetische Flußleckage bei G1 und G2 auszugleichen, wodurch eine symmetrischere Anordnunggegemüber der Kraft resultiert.
Die Figuren 6 und 7 zeigen Teile weiterer möglicher Ausführungsformen der Erfindung, die verschiedene Ventilteilkonfigurationen, Einlaß- und Auslaßöffnungen und externe Befestigungen aufweisen.
In Figur 6 besitzt das Ventil 610 einen magnetisch angetriebenen Abschnitt 612, in dem der Anker 620 sich zwischen der Kappe 638 und der Platte 636 hin- und herbewegt. Der Anker 620 wird durch den Permanentmagneten 630 und die Spule 632 (mit dem Konnektor 633 verbunden) angetrieben, die durch das Element 628 an ihrem Platz gehalten werden.
Die Verbindungsstange 646 sichert den Anker 620 am Ventilteil 650, das die Fluidverbindung zwischen den Öffnungen 663 und 665 steuert. Das Ventilteil 650 wird durch die Feder 654 in seine offene Position gedrückt, in der es im Gehäuse 615 durch den Stöpsel 655 und den Schnappring 657 gehalten ist. Das Ventil 610 ist in der Vorrichtung, in der es eingesetzt wird, durch das Gewinde 691 neben dem Ventilabschnitt 614 befestigt. In den Figuren 1 bis 5 werden die Ventile durch Gewinde 91 an der Spitze der Kappe 38 befestigt.
In der als Ventil 710 dargestellten Ausführungsform in Figur 7 besitzt die Antriebseinheit 712 wiederum einen Anker 720, der durch den Magneten 730 und die Spule 732 (verbunden mit dem Konnektor 733) angetrieben ist, die durch das Element 728 an ihrem Ort gehalten werden. Die Stange 746 verbindet den Anker 720 mit dem Ventilelement 750, das durch die Feder 754 in die Öffnungsposition gedrückt wird. Das Gehäuse 715 besitzt die Öffnungen 763, 765 deren Verbindung durch die Position des Ventilteils 750 gesteuert wird. Stöpsel 755 hält die Feder 754 an ihrem Platz. Das Gewinde 791 in der Nähe der Kappe 738 hält das Ventil 710 in der eingesetzten Vorrichtung.
Eine Anzahl weiterer Anwendungen des Ventils sind möglich. Demzufolge soll obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen lediglich als Erläuterung und nicht als Eingrenzung betrachtet werden. Der Umfang der Erfindung ist lediglich durch den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

1. Pulsbreiten-moduliertes Ventil (10, 510) zur Steuerung des Fluidflusses zwischen ersten und zweiten Kammern (16, 18), wobei das Ventil aufweist:

(a) ein im wesentlichen zylindisches Gehäuse mit magnetischen Antriebsmitteln (12), die mit einer Regeleinrichtung (14) über Konnektormittel (46) verbunden sind;

(b) wobei die magnetischen Antriebsmittel aufweisen:

(1) einen zylindrischen ferromagnetischen Anker (20), der axial zwischen ersten und zweiten Grenzpositionen hin- und herbewegbar ist;

(2) magnetische Bewegungsmittel, die allgemein den Anker umgeben, die einen radial magnetisierten Permanentmagneten (30) und eine elektromagnetische Einrichtung (32) aufweisen, wobei die Bewegungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie den Anker alternierend zwischen den ersten und zweiten Grenzpositionen bewegt und den Anker in einer vorausgewählten Weise in einer der beiden Grenzpositionen hält; und

(3) Steuermittel zur Steuerung der Bewegungsmittel (42, 44); und

(c) wobei die Steuereinrichtung aufweist:

(1) ein im allgemeinen zylindrisches Ventilteil (50), das mit dem Anker über die Konnektormittel verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilteil (50) in einer Manschette (52) zwischen einer ersten Öffnungsposition, in der der Anker sich in der ersten Grenzposition befindet und einer zweiten Schließposition, in der der Anker sich in der zweiten Grenzposition befindet, axial hin- und herbewegbar ist;

(2) wobei dann, wenn das Ventilteil sich in der Schießposition befindet, das Ventilteil und die Manschette den Fluidfluß zwischen den Kammern verhindern und dann, wenn das Ventilteil sich in der geöffneten Position befindet, das Ventilteil und die Manschette einen Fluidfluß zwischen den Kammern ermöglichen; und

(3) Mittel (54) zum Antreiben des Ventilteils in die Öffnungsposition; ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Sperrventileinrichtung (89, 84, 114, 88) neben der Steuereinrichtung besitzt, wobei die Sperrventileinrichtung es dem Fluid ermöglicht, mit einer ersten Geschwindigkeit aus der ersten Kammer in die zweite Kammer und mit einer zweiten Geschwindigkeit aus der zweiten Kammer in die erste Kammer zu fließen.

2. Ventil wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung eine Spule (32), die den Anker (20) umgibt, aufweist, die zur Ausrichtung von magnetischen Bewegungskräften derart, daß sie den Anker selektiv in die erste oder zweite Position bewegt, aktivierbar ist.

3. Ventil wie in Anspruch 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (42, 44) Einrichtungen zur Zuführung von elektrischem Strom zur Spule und Einrichtungen zur Umschaltung der Stromrichtung zur Induktion von magnetischen Feldern vorherbestimmter Richtungen und Intensitäten im Anker aufweist.

4. Ventil wie in Anspruch 1, 2 oder 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Konnektoreinrichtung eine Klammer (48) die auf dem Ventilteil befestigt ist, besitzt und eine Stange (46) aufweist, die starr die Klammer mit dem Anker verbindet.

5. Ventil wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Feder (54) ist.

6. Ventil wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrventileinrichtung aufweist:

eine Platte (80) mit einer ersten Öffnung (89) und einer zweiten Öffnug (114); erste Meßeinrichtungen (84) neben der ersten Öffnung und zweite Meßeinrichtungen (88) neben der zweiten Öffnung.

7. Ventil wie in Anspruch 6 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung eine erste Vielzahl von Tellerfedern (82) aufweist und die zweite Meßeinrichtung eine zweite Vielzahl von Tellerfedern (86) aufweist.

8. Ventil wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Kainmern (16, 18) die Kompressions- und Rückstoßkammern eines Stoßdämpfers sind.

9. Ventil wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (20) im Gehäuse konzentrisch angeordnet ist; daß der radial magnetisierte Permanentmagnet (30) in etwa axial äquidistant von den ersten und zweiten Grenzpositionen angeordnet ist und ferner durch eine erste Fluidpassage durch das Gehäuse und die Manschette zwischen den ersten und zweiten Kammern (16, 18) gekennzeichnet ist, wobei die erste Passage dann geschlossen ist, wenn sich das Ventilteil in seiner geschlossenen Position befindet und die erste Passage geöffnet ist, wenn sich das Ventilteil in seiner Öffnungposition befindet.

10. Ventil wie in Anspruch 9 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrventileinrichtung ferner aufweist:

eine zylindrische Leitung, die mit axialem Abstand vom und konzentrisch zum Ventilteil angeordnet ist;

eine kreisförmige Platte (80), die konzentrisch zur Leitung angeordnet ist, wobei die Platte erste und zweite Flächen (94, 96) und erste und zweite Öffnungen (89, 114) aufweist;

eine zweite Fluidpassage, die die zweite Fläche mit der zweiten Kammer verbindet;

erste Tellerfedereinrichtungen (82), die auf der ersten Fläche angebracht und zweite Tellerfedereinrichtungen (86), die auf der zweiten Fläche angebracht sind,

wobei die erste Öffnung (89) so ausgelegt ist, daß sie es dem Fluid erlaubt, mit einer ersten Fließgeschwindigkeit von der ersten Kammer (116) zur zweiten Fluidpassage zu fließen und um das Fluid daran zu hindern, von der zweiten Fluidpassage in die erste Kammer zu fließen, wobei die zweite Öffnung (114) so ausgelegt ist, daß sie es dem Fluid ermöglicht, mit einer zweiten Fließgeschwindigkeit von der zweiten Fluidpassage zur ersten Kammer zu fließen und das Fluid daran zu hindern, von der ersten Kammer zur zweiten Fluidpassage zu fließen; und

wobei die erste Fließgeschwindigkeit durch die erste Tellerfedereinrichtung bestimmt ist und die zweite Fließgeschwindigkeit durch die zweite Tellerfedereinrichtung bestimmt ist.

11. Stoßdämpfer mit einem Zylinder (72) und einen darin angeordneten Kolben (70), der eine Kompressionskammer (16) und eine Rückstoßkammer (18) voneinander trennt, wobei der Stoßdämpfer ferner eine pulsbreitenmodulierte Ventileinrichtung zwischen den Kammern aufweist, wobei die Ventileinrichtung aufweist:

(a) ein Gehäuse mit magnetischen Antriebsmitteln (12), die mit den Steuereinrichtungen (14) durch Konnektoreinrichtungen verbunden sind;

(b) wobei die Antriebsmittel aufweisen:

einen Anker (20), der magnetisch zwischen ersten und zweiten Grenzpositionen hin- und herbewegbar ist; und magnetische bewegliche Einrichtungen, eingeschlossen einen Permanentmagneten (3) und elektromagnetischen Einrichtungen (32), um die Hin- und Herbewegung des Ankers zwischen den beiden Grenzpositionen zu bewirken;

wobei die Steuereinrichtung aufweist:

eine Manschette (74); eine erste Fluidpassage (78) durch die Manschette und das Gehäuse, die die Kammern verbindet; und ein im allgemeinen zylindrisches Ventilteil (5), das mit dem Anker über die Konnektoreinrichtung verbunden ist, um die erste Passage dann zu schließen, wenn sich der Anker in der zweiten Grenzposition befindet; wobei das Ventilteil axial hin- und herbewegbar in der Manschette (74) zwischen einer ersten Öffnungsposition, in der sich der Anker in der ersten Grenzposition befindet und einer zweiten Schließposition, wenn der Anker sich in der zweiten Grenzposition befindet, ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Fluidpassage durch das Gehäuse die Kammern verbindet; und ein bidirektionales Sperrventil in der zweiten Fluidpassage es dem Fluid ermöglicht, mit einer ersten Rate von der Rückstoßkammer (18) zur Kompressionskammer (16) zu fließen und es dem Fluid ermöglicht, mit einer zweiten Rate von der Kompressionskainmer zur Rückstoßkammer zu fließen.