WO2006077179A1 - Elektrisch ansteuerbares ventil - Google Patents

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WO2006077179A1
WO2006077179A1 PCT/EP2006/050065 EP2006050065W WO2006077179A1 WO 2006077179 A1 WO2006077179 A1 WO 2006077179A1 EP 2006050065 W EP2006050065 W EP 2006050065W WO 2006077179 A1 WO2006077179 A1 WO 2006077179A1
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WO
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valve
valve control
piston
spool
pressure
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PCT/EP2006/050065
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Inventor
Christoph Voss
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Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/061—Sliding valves
    • F16K31/0613—Sliding valves with cylindrical slides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/44—Means on or in the damper for manual or non-automatic adjustment; such means combined with temperature correction
    • F16F9/46—Means on or in the damper for manual or non-automatic adjustment; such means combined with temperature correction allowing control from a distance, i.e. location of means for control input being remote from site of valves, e.g. on damper external wall
    • F16F9/466—Throttling control, i.e. regulation of flow passage geometry

Definitions

  • the invention relates to an electrically controllable valve, in particular for use in an adjustable shock absorber, according to the preamble of patent claim 1.
  • valves for use in a shock absorber are known. These valves form a valve assembly consisting of a pre-stage and a main-stage valve.
  • a solenoid is provided, which is connected for the variable adjustment of a valve opening cross-section in the valve housing with a valve piston whose valve sealing surfaces cooperate with a valve seat in the valve housing.
  • the object of the invention is to design a valve, in particular for use in a shock absorber, with as little effort as possible in such a way that a pressure-regulating and pressure-limiting function is ensured by using as simple as possible, functionally reliable means.
  • Fig. 1 is a longitudinal section through a valve with the characteristics underlying the invention in a first pressure control position in which the excitation current corresponds to the maximum electrical drive current imax of the valve spool for actuating a valve spool, whereby the desired fluid flow flows through the valve under high fluid pressure, including a first valve opening cross-section Vl closed, an aperture Sl and a second valve opening cross-section V2 arranged upstream thereof is released,
  • FIG. 2 shows the valve of Figure 1 in a further pressure control position, in which the excitation current corresponds to the minimum electrical drive current imin, whereby the desired fluid flow flows through the valve under low fluid pressure, including due to an intermediate position of the valve spool both valve port cross sections Vl, V2 are partially released,
  • FIG. 4 shows a characteristic field for clarification of the valve switching positions shown in FIG. 1-3 resulting fluid flows,
  • Fig. 5-12 the individual manufacturing steps for the valve.
  • FIG. 1 shows the Fig. 1 in longitudinal section an electrically actuated, monodirectionally operated valve, which is preferably used for controlling a shock absorber in a motor vehicle.
  • the valve consists of an electric actuator 1, consisting of a designed in plunger type armature 13 and a valve spool 5.
  • the armature 13 is connected via a comparativelyiförmigen extension 7 with the valve spool 2.
  • the valve control piston 2 has substantially the contour of a valve spool, which is alternately applied with its lateral surface on two aligned in series with each other in the valve housing 4 valve control edges 3, 3 '.
  • the two valve control edges 3, 3 ' are formed by two transverse bores within a bushing 6 inserted in the valve housing 4, which are closed or released by two piston edges of the valve control piston 2.
  • the valve control piston 2 in the region of the first valve control edge 3 on its circumference a groove-shaped circumferential recess 15, while the second piston edge on the valve spool 2 is formed by a recess 15 'in the form of a V-shaped annular groove on the height of the second valve control edge 3 'and in the bushing 6 below the second valve control edge 3' provided inlet channel 11 extends.
  • the latter recess 15 ' is advantageously carried out so deep in the valve spool 2 that the fluid flow when passing through the inlet channel 11 is able to act hydraulically on a precisely defined in diameter, in the piston longitudinal direction in the recess 15 'extending insert body 8.
  • valve control piston 2 has a first and a second piston section 2 a, 2 b, which are both connected to one another by the piston shaft in the region of a groove-shaped constriction 21.
  • the two insert bodies 8 guided through the first piston section 2a of the valve control piston 2 can also be acted upon hydraulically in the desired manner.
  • the two piston portions 2a, 2b provided with through holes.
  • the insert body 8 are supported with their protruding from the valve spool 2 ends of stops 12, which are spaced from the two end faces of the valve spool 2 in the valve housing 4 and. are fixed to the bushing 6.
  • the insert body 8 are preferably designed as metallic sealed in the through-holes cylindrical pins which remain under hydraulic application to the stops 12, while the valve spool 2 moves for the purpose of hydraulic pressure limiting or pressure control relative to the insert bodies 8.
  • the inlet channel 11 penetrates as a transverse bore below the second valve control edge 3 ', the bushing 6. Between the inlet channel 11 and the second valve control edge 3', the bushing 6 a likewise as a transverse bore the bushing 6 penetrating aperture bore S2. Downstream of the second valve control edge 3 ', the first valve control edge 3 as well as the (first) diaphragm aperture S1 are in the form of a transverse bore in the bushing 6. At the lower end of the bush 6 is closed with a decker-shaped stop 12, on which the inserted into the lower piston portion 2b insert body 8 is supported.
  • An outlet channel 10 is located downstream of the first valve control edge 3 and downstream of the first diaphragm opening Sl above the bushing 6 in the valve housing 4.
  • valve control piston 2 is designed as well as the armature 13 as precisely guided in the valve housing 4 plunger.
  • the extension 7 and the armature 13 integral valve assembly has a through hole 14 which extends longitudinally in the valve assembly extends.
  • a compression spring 9 in order to position the valve spool 2 in the electrically de-energized state at the second valve control edge 3 'can.
  • the sealing effect between the valve control edges 3, 3 'and the valve seat body 2 is produced exclusively by edge covering.
  • two variably adjustable valve opening cross-sections V 1, V 2 in the region of the bushing 6, with which a controlled fluid flow passes, are produced with electromagnetic excitation of the actuator 1.
  • variable second valve opening cross section V2 is located upstream of the first valve opening cross section Vl in a series connection to the first valve opening cross section Vl, wherein both valve opening cross sections Vl, V2 are reciprocally open in proportion to one another by means of the valve control piston 2. to be closed.
  • the aperture cross-section is smaller than a provided in the region of the second valve opening cross section V2 aperture S2.
  • the apertures Sl, S2 are introduced as bores in the longitudinal and transverse direction in the bushing 6.
  • the pressure increase p can be limited in a desired manner when the valve control piston 2 is attached to the first or second valve control edge 3, 3 'as a function of the volume flow Q (range I of the characteristic diagram depicted in FIG. 4).
  • the hydraulic applied surfaces of the valve spool 2 are interpreted differently taking into account the spring and magnetic force, which is why the hydraulically actuated piston surface A3 of the valve spool 2 in the region of the inlet channel 11th smaller than the piston area A2 of the valve control piston 2 in the region of the second valve control edge 3 'is to be dimensioned, on the other hand j edoch, however, the piston area A3 is greater than the piston area Al in the region of the first valve control edge third
  • the hydraulically actuated piston surfaces A1, A2, A3 are of the diameter designed to influence the piston surfaces Al, A2, A3 fixed insert bodies 8 penetrated.
  • A3 ( ⁇ / 4) (d4 2 ) where Al ⁇ A3 ⁇ A2.
  • the subject invention is advantageously designed such that an axial working air gap XA of the electric actuator 1 is disposed on the side facing away from the valve spool 2 side of a cooperating with the valve spool 2 armature 13, so that upon electrical actuation of the actuator 1, the valve spool 2 from the rest position at the second valve control edge 3 'in the direction of the first valve control edge 3 is movable.
  • valve control piston 2 is hydraulically not pressure balanced due to the realized by the insert body 8 different active surfaces Al, A2, A3, so that taking into account the between the valve spool 2 and the Actuator 1 arranged compression spring 9, the map shown in Figure 4 comes about.
  • the hydraulic flow forces that occur during the flow through the valve are at least partially compensated by the sketched body geometry of the valve control piston 2 in the region of the two recesses 15, 15 '.
  • FIG. 1 shows the valve with the features on which the invention is based in a first pressure control position, in which the excitation current corresponds to the maximum electrical drive current of the valve coil 5 mounted on the valve housing 4.
  • the armature 13 holds the valve spool 2 against the action of the return spring 9 in register at the first valve control edge 3, so that initially passes exclusively through the aperture Sl, the fluid flow at high pressure p from the inlet channel 11 to the outlet channel 10.
  • the pressure medium thus passes from below into a first annular space 16 provided between the bushing 6 and the valve housing 4 and extending to the inlet channel 11.
  • the pressure medium enters the V-shaped recess 15 ', where it is guided by the contour of the recess 15' in the direction of the unlocked second valve. til torturekante 3 'advantageously deflected, after which the pressure medium again passes into a separate from the first annulus 16 second annulus 17, which allows a hydraulic connection to the first valve control edge 3 and the same in the bushing 6 arranged first aperture Sl. Since the valve control piston 2 with its lateral surface holds the first valve control edge 3 closed, the pressure medium passes exclusively via the first diaphragm opening Sl to the outlet channel 10, resulting in the characteristic curve profile shown in FIG.
  • FIG. 2 shows the valve in a control position in which the exciter current corresponds to the minimum electrical drive current of the valve coil 12.
  • the armature 13 moves the valve spool 2 against the action of the compression spring 9 in a stable intermediate position in which both valve control edges 3, 3 'and thus their flow cross-sections Vl, V2 are released to a maximum flow between the inlet and Outlet channel 11, 10 to allow.
  • FIG. 4 illustrated pressure control characteristic imin, from which a shallow pressure increase with increasing volume flow Q can be seen.
  • valve control piston 2 closes due to the action of the compression spring 9, first, the second valve control edge 3 ', whereby the second valve opening V2 is virtually blocked up to the fluid flow through the aperture S2.
  • the steep characteristic curve progression in region I shown in FIG. 4 initially results.
  • any set of curves by any number of positions of the valve spool 2 represent, of which explicitly three characteristic curves were exemplified with reference to Figures 1-3.
  • the ordinate of the diagram shows in each case the pressure rise p and along the abscissa the volumetric flow Q is plotted.
  • FIG. 5 firstly shows the valve housing 4 designed as a deep-drawn sleeve, in which the annular disk-shaped stop 12, which is likewise designed as a deep-drawn part, is inserted from below and is preferably pressed into a narrowed step section of the valve housing 4. From the top to the extended step portion of the valve housing 4, a retaining ring 18 is slipped over the valve sleeve 4, which serves to receive the provided for the magnetic drive 13 yoke ring. The retaining ring 18 is laser-welded to the valve housing 4 and the upper stop 12 in the region of the upper step portion.
  • FIG. 6 shows the valve control piston 2, which is already equipped with the two insert bodies 8 in the piston section 2a and is inserted with the bushing 6 from below with an assembly tool 22 into the valve housing 4.
  • FIG. 7 shows the next assembly step, according to which the magnet armature 13 is pressed onto the extension 7 from above into the valve housing 4 until the top stop 12 contacts.
  • the case effective reaction force is absorbed by the mounting tool 22.
  • FIG. 8 shows the subsequent assembly of the compression spring 9 and the magnetic core 19 from above into the valve housing 4, wherein for adjusting the valve lift a mandrel 20 presses through the hole in the mounting tool 22 against the underside of the valve spool 2, before the magnetic core 19th is finally positioned in the valve sleeve 4 and welded.
  • Figure 9 shows the subsequent adjustment of the biasing force of the compression spring 9 by the spring force is measured during the displacement of an acting in the magnetic core 19 on the compression spring 9 adjusting sleeve 20 acting from below against the valve spool 2 setting mandrel.
  • the assembly tool 22 is removed and inserted according to Figure 10 from below into the initially free passage opening of the valve spool 2 of the insert body 8 and secured against falling out by the ceiling-shaped stop 12 on the bushing 6.
  • FIG. 11 shows the placement of the valve spool 5 with the yoke ring on the valve housing 4 until the yoke ring at the bottom of the retaining ring 18 rests. This is followed, finally, by welding of the yoke ring in the region of the collar on the retaining ring 18, to which reference is made to FIG.
  • valve control edge 3 valve control edge

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Ventil, dessen axialer Arbeitsluftspalt (XA) auf der vom Ventilsteuerkolben (2) abgewandten Seite eines mit dem Ventilsteuerkolben (2) zusammenwirkenden Magnetankers (13) angeordnet ist, so dass bei elektrischer Betätigung des Stellantriebs (1) der Ventilsteuerkolben (2) vom Stellantrieb (1) in Richtung auf die erste Ventilsteuerkante (3) bewegbar ist. Der Ventilsteuerkolben (2) ist mittels mehrerer Einsatzkörper (8) hydraulisch nicht druckausgeglichen.

Description

Elektrisch ansteuerbares Ventil
Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Ventil, insbesondere für die Verwendung in einem regelbaren Stoss- dämpfer, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 196 24 898 C2 sind bereits elektrisch ansteuerbare Ventile zur Verwendung in einem Stossdämpfer bekannt . Diese Ventile bilden eine Ventilbaugruppe, die aus einem Vorstufen- und einem Hauptstufenventil besteht . Zur elektrischen Ansteuerung des Vorstufenventils ist ein Stellmagnet vorgesehen, der zur variablen Einstellung eines Ventilöffnungsquerschnitts im Ventilgehäuse mit einem Ventilkolben verbunden ist, dessen Ventildichtflächen mit einem Ventilsitz im Ventilgehäuse zusammenwirken .
Die Aufgabe der Erfindung ist es , ein Ventil, insbesondere für den Einsatz in einem Stoßdämpfer, mit möglichst geringem Aufwand derart zu gestalten, dass unter Verwendung möglichst einfacher, funktionssicherer Mittel eine Druckregel- als auch Druckbegrenzungsfunktion gewährleistet ist .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für ein Ventil in verschiedenen Betriebsstellungen hervor . Es zeigen :
Fig . 1 einen Längsschnitt durch ein Ventil mit den der Erfindung zugrunde liegenden Merkmalen in einer ersten Druckregelstellung, in welcher der Erregerstrom dem maximalen elektrischen Ansteuerstrom imax der Ventilspule zur Betätigung eines Ventilsteuerkolbens entspricht, wodurch der gewünschte Fluidstrom unter hohem Fluiddruck das Ventil durchströmt, wozu ein erster Ventilöffnungsquerschnitt Vl verschlossen, eine Blendenöffnung Sl sowie ein stromaufwärts dazu angeordneter zweiter Ventilöffnungsquerschnitt V2 freigegeben ist,
Figur 2 das Ventil nach Figur 1 in einer weiteren Druckregelstellung, in welcher der Erregerstrom dem minimalen elektrischen Ansteuerstrom imin entspricht, wodurch der gewünschte Fluidstrom unter geringem Fluiddruck das Ventil durchströmt, wozu infolge einer Zwischenstellung des Ventilsteuerkolbens beide Ventilöffnungsquerschnitte Vl , V2 teilweise freigegeben sind,
Figur 3 das Ventil nach Figur 1 in einer Stellung, in welcher das Ventil elektrisch nicht angesteuert (Erregerstrom i=0 ) bzw . nicht ansteuerbar (Fail-Safe- Stellung) ist, wobei zur Druck- und Durchflussbegrenzung auf gewünschte, fest eingestellte Werte ein erster Ventilöffnungsquerschnitt Vl freigegeben sowie ein zweiter Ventilöffnungsquerschnitt V2 verschlossen und ein Fluidstrom durch eine parallel zum Ventilöffnungsquerschnitt angeordnete Blendenöffnung S2 gelangt, Figur 4 ein Kennlinienfeld zur Verdeutlichung der aus den Ventilschaltstellungen nach Fig . 1-3 resultierenden Fluidströme,
Fig .5-12 die einzelnen Herstellschritte für das Ventil .
Exemplarisch für alle Abbildungen soll anhand der Figur 1 zunächst der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils beschrieben werden .
Es zeigt die Fig . 1 im Längsschnitt ein elektrisch betätigbares , monodirektional betriebenes Ventil, das vorzugsweise zur Regelung eines Stossdämpfers in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Das Ventil besteht aus einem elektrischen Stellantrieb 1 , bestehend aus einem in Tauchkolbenbauweise ausgeführten Magnetanker 13 und einer Ventilspule 5. Der Magnetanker 13 ist über einen stößeiförmigen Fortsatz 7 mit dem Ventilsteuerkolben 2 verbunden . Der Ventilsteuerkolben 2 hat im wesentlichen die Kontur eines Ventilschieberkolbens , der mit seiner Mantelfläche an zwei in Reihe zueinander im Ventilgehäuse 4 ausgerichteten Ventilsteuerkanten 3, 3' wechselweise anlegbar ist . Die beiden Ventilsteuerkanten 3, 3' sind durch zwei Querbohrungen innerhalb einer im Ventilgehäuse 4 eingesetzten Laufbuchse 6 gebildet, die von zwei Kolbenkanten des Ventilsteuerkolbens 2 verschlossen oder freigegeben werden . Zur Herstellung der ersten Kolbenkante weist der Ventilsteuerkolben 2 im Bereich der ersten Ventilsteuerkante 3 eine an seinem Umfang hohlkehlenförmig umlaufende Ausnehmung 15 auf, während die zweite Kolbenkante am Ventilsteuerkolben 2 durch eine Ausnehmung 15' in Form einer V-förmigen Ringnut ausgeführt ist, die sich auf der Höhe der zweiten Ventilsteuerkante 3' und einem in der Laufbuchse 6 unterhalb der zweiten Ventilsteuerkante 3' vorgesehenen Einlasskanal 11 erstreckt . Letztere Ausnehmung 15' ist vorteilhaft derart tief im Ventilsteuerkolben 2 ausgeführt, dass der Fluidstrom beim Passieren des Einlasskanals 11 einen im Durchmesser exakt definierten, sich in Kolbenlängsrichtung in die Ausnehmung 15' erstreckenden Einsatzkörper 8 hydraulisch zu beaufschlagen vermag .
Dieser eine von mehreren Einsatzkörpern 8 des Ventilsteuerkolben 2 trägt vorteilhaft zur Herstellung eines für die einwandfreie Ventilfunktion hydraulisch nicht druckausgeglichenen Zustands des Ventilkolbens 2 bei . Der Ventilsteuerkolben 2 weist hierzu einen ersten sowie einen zweiten Kolbenabschnitt 2a, 2b auf, die beide durch den Kolbenschaft im Bereich einer nutförmigen Einschnürung 21 miteinander verbunden sind. Durch die nutförmige Einschnürung 21 lassen sich auch die beiden durch den ersten Kolbenabschnitt 2a des Ventilsteuerkolbens 2 hindurchgeführten Einsatzkörper 8 in gewünschter Weise hydraulisch beaufschlagen .
Zur druckmitteldichten Ein- bzw . Hindurchführung aller Einsatzkörper 8 sind die beiden Kolbenabschnitte 2a, 2b mit Durchgangsöffnungen versehen . Die Einsatzkörper 8 stützen sich mit ihren aus dem Ventilsteuerkolben 2 hervorstehenden Enden an Anschlägen 12 ab, die beabstandet zu den beiden Stirnflächen des Ventilsteuerkolbens 2 im Ventilgehäuse 4 bzw . an der Laufbuchse 6 fixiert sind.
Die Einsatzkörper 8 sind bevorzugt als metallisch in den Durchgangsöffnungen gedichtete Zylinderstifte ausgeführt, die unter hydraulischer Beaufschlagung an den Anschlägen 12 verharren, während sich der Ventilsteuerkolben 2 zum Zwecke der hydraulischen Druckbegrenzung oder Druckregelung relativ zu den Einsatzkörpern 8 bewegt .
Nachfolgend soll der vorteilhafte Aufbau der Laufbuchse 6 erläutert werden : Der Einlasskanal 11 durchdringt als Querbohrung unterhalb der zweiten Ventilsteuerkante 3' die Laufbuchse 6. Zwischen dem Einlasskanal 11 und der zweiten Ventilsteuerkante 3' weist die Laufbuchse 6 eine gleichfalls als Querbohrung die Laufbuchse 6 durchdringende Blendenbohrung S2 auf . Stromabwärts zur zweiten Ventilsteuerkante 3' befindet sich als Querbohrung in der Laufbuchse 6 ausgeführt die erste Ventilsteuerkante 3 sowie die (erste) Blendenöffnung Sl . Am unteren Ende ist die Laufbuchse 6 mit einem deckeiförmigen Anschlag 12 verschlossen, an dem sich der in den unteren Kolbenabschnitt 2b eingesetzte Einsatzkörper 8 abstützt .
Ein Auslasskanal 10 befindet sich stromabwärts zur ersten Ventilsteuerkante 3 und stromabwärts zur ersten Blendenöffnung Sl oberhalb der Laufbuchse 6 im Ventilgehäuse 4.
Der Ventilsteuerkolben 2 ist ebenso wie der Magnetanker 13 als präzise im Ventilgehäuse 4 geführter Tauchkolben konzipiert . Um einen Druckausgleich für die Leckageströme entlang dem metallisch im Ventilgehäuse 4 dichtenden Mantelflächen des Ventilsteuerkolbens 2 und des Magnetankers 13 zu ermöglichen, weist die aus dem Ventilsteuerkolben 2 , dem Fortsatz 7 und dem Magnetanker 13 bestehende einstückige Ventilbaugruppe eine Durchgangsbohrung 14 auf, die sich längs in der Ventilbaugruppe erstreckt .
Ferner befindet sich zwischen dem Magnetanker 13 und dem Ventilgehäuse 4 eine Druckfeder 9, um den Ventilsteuerkolben 2 im elektrisch stromlosen Zustand an der zweiten Ventilsteuerkante 3' positionieren zu können . Generell wird die Dichtwirkung zwischen den Ventilsteuerkanten 3, 3' und dem Ventilsitzkörper 2 ausschließlich durch Kantenüberdeckung hergestellt . Durch das Zusammenwirken des Ventilsteuerkolbens 2 mit den Ventilsteuerkanten 3, 3' ergeben sich bei elektromagnetischer Erregung des Stellantriebs 1 zwei variabel einstellbare Ventilöffnungsquerschnitte Vl , V2 im Bereich der Lauf- buchse 6, durch die ein geregelter Fluidstrom gelangt .
Der veränderbare zweite Ventilöffnungsquerschnitt V2 befindet sich stromaufwärts zum ersten Ventilöffnungsquerschnitt Vl in einer Reihenschaltung zum ersten Ventilöffnungsquerschnitt Vl , wobei beide Ventilöffnungsquerschnitte Vl , V2 mittels des Ventilsteuerkolbens 2 reziprok proportional zueinander zu öffnen bzw . zu verschließen sind.
Im Bereich des ersten Ventilöffnungsquerschnitts Vl befindet sich die Blendenöffnung Sl , deren Blendenquerschnitt kleiner ist als eine im Bereich des zweiten Ventilöffnungsquerschnitt V2 vorgesehene Blendenöffnung S2. Die Blendenöffnungen Sl , S2 sind als Bohrungen in Längs- und Querrichtung in die Laufbuchse 6 eingebracht . Durch die Blendenöffnungen Sl , S2 lässt sich beim Anlegen des Ventilsteuerkolbens 2 an der ersten oder zweiten Ventilsteuerkante 3, 3' der Druckanstieg p in Abhängigkeit vom Volumenstrom Q (Bereich I des in Figur 4 abgebildeten Kennfeldes ) in gewünschter Weise begrenzen .
Um das in Figur 4 abgebildete Kennlinienfeld und damit die gewünschte Funktion des Ventils realisieren zu können, sind die hydraulische beaufschlagten Flächen des Ventilsteuerkolbens 2 unter Berücksichtung der Feder- und Magnetkraft unterschiedlich auszulegen, weshalb die hydraulisch beaufschlagte Kolbenfläche A3 des Ventilsteuerkolbens 2 im Bereich des Einlasskanals 11 kleiner als die Kolbenfläche A2 des Ventilsteuerkolbens 2 im Bereich der zweiten Ventilsteuerkante 3' zu bemessen ist, andererseits j edoch ist die Kolbenfläche A3 größer zu bemessen als die Kolbenfläche Al im Bereich der ersten Ventilsteuerkante 3. Um die gewünschten Kolbenflächenverhältnisse Al<A3<A2 unter fertigungstechnisch sinnvoller Beibehaltung eines konstanten Außendurchmessers am Ventilsteuerkolben 2 auf möglichst geschickte Weise realisieren zu können, sind die hydraulisch beaufschlagten Kolbenflächen Al , A2 , A3 von den als Zylinderstiften ausgeführten, im Durchmesser zur gewünschten Beeinflussung der Kolbenflächen Al , A2 , A3 festgelegte Einsatzkörpern 8 durchdrungen . Durch eine geeignete Durchmesserwahl der Einsatzkörper 8 lässt sich aufgrund der Wirkflächendifferenz somit die in Figur 4 abgebildete Ventilfunktion präzise einstellen . In vorliegendem Ausführungsbeispiel werden daher im Kolbenabschnitt 2a zwei Einsatzkörper 8 mit den Durchmessern d2 , d3 und im Kobenabschnitt 2b ein Einsatzkörper 8 mit einem Durchmesser d4 eingesetzt, wodurch sich folgende hydraulisch beaufschlagte Wirkflächen ergeben :
Al= (π/4 ) (dl2-d22-d32)
A2= (π/4 ) (dl2)
A3= (π/4 ) (d42) wobei Al < A3 < A2 ist .
Der Erfindungsgegenstand ist vorteilhaft derart konzipiert, dass ein axialer Arbeitsluftspalt XA des elektrischen Stellantriebs 1 auf der vom Ventilsteuerkolben 2 abgewandten Seite eines mit dem Ventilsteuerkolben 2 zusammenwirkenden Magnetankers 13 angeordnet ist, so dass bei elektrischer Betätigung des Stellantriebs 1 der Ventilsteuerkolben 2 von der Ruheposition an der zweiten Ventilsteuerkante 3' in Richtung auf die erste Ventilsteuerkante 3 bewegbar ist .
Der Ventilsteuerkolben 2 ist aufgrund der durch die Einsatzkörper 8 realisierten unterschiedlichen Wirkflächen Al , A2 , A3 hydraulisch nicht druckausgeglichen, so dass unter Berücksichtigung der zwischen dem Ventilsteuerkolben 2 und dem Stellantrieb 1 angeordneten Druckfeder 9 das in Figur 4 dargestelltes Kennfeld zustande kommt .
Eine weitere Verfeinerung bzw . eine gewünschte Beeinflussung der in Figur 4 gezeigten Kennlinien wird bei Bedarf durch eine geeignete spezielle Gestaltung der Geometrie der für den Einlasskanal 11 und die Steuerkanten 3, 3' vorgesehenen Durchgangsbohrungen in der Laufbuchse 6 erreicht
Die bei der Durchströmung des Ventils entstehen hydraulischen Strömungskräfte sind zumindest teilweise durch die skizzierte Körpergeometrie des Ventilsteuerkolbens 2 im Bereich der beiden Ausnehmungen 15, 15' kompensiert .
Nachfolgend soll nunmehr beispielhaft anhand den Fig . 1-4 die unterschiedlichen Ventilstellungen nebst den zugehörigen Kennlinien aufgezeigt werden .
Die Figur 1 zeigt das Ventil mit den der Erfindung zugrunde liegenden Merkmalen in einer ersten Druckregelstellung, in welcher der Erregerstrom dem maximalen elektrischen Ansteuerstrom der am Ventilgehäuse 4 angebrachten Ventilspule 5 entspricht . Infolge des maximalen Erregerstroms imax hält der Magnetanker 13 den Ventilsteuerkolben 2 entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 9 in Überdeckung an der ersten Ventilsteuerkante 3, so dass zunächst ausschließlich über die Blendenöffnung Sl der Fluidstrom unter hohem Druck p vom Einlasskanal 11 zum Auslasskanal 10 gelangt . Entsprechend dem abgebildeten Strömungsverlaufs gelangt demnach das Druckmittel von unten in einen zwischen der Laufbuchse 6 und dem Ventilgehäuse 4 vorgesehenen ersten Ringraum 16, der sich bis zum Einlasskanal 11 erstreckt . Da der Einlasskanal 11 nur teilweise von der Mantelfläche des Ventilsteuerkolbens 2 verdeckt ist, gelangt das Druckmittel in die V- förmige Ausnehmung 15' , wird dort von der Kontur der Ausnehmung 15' in Richtung der nicht verschlossenen zweiten Ven- tilsteuerkante 3' vorteilhaft umgelenkt, wonach das Druckmittel erneut in einen vom ersten Ringraum 16 getrennten zweiten Ringraum 17 gelangt, der eine hydraulische Verbindung zur ersten Ventilsteuerkante 3 und der dazu in der Laufbuchse 6 parallel angeordneten ersten Blendenöffnung Sl ermöglicht . Da der Ventilsteuerkolben 2 mit seiner Mantelfläche die erste Ventilsteuerkante 3 verschlossen hält, gelangt das Druckmittel ausschließlich über die erste Blendenöffnung Sl zum Auslasskanal 10 , wodurch sich infolge der Wirkung der Blendenöffnung Sl der in Figur 4 dargestellte Kennlinienverlauf im Kennfeldbereich I ergibt . Ab einem bestimmten Fluidstrom Q durch das Ventil ist der Druck p so groß, dass der Ventilsteuerkolben 2 infolge seiner hydraulisch beaufschlagten Stirnflächen entgegengesetzt zur Wirkung der Magnetkraft infolge der unterschiedlich großen Wirkflächen Al , A2 , A3 sich hydraulisch nach unten bewegt und damit die Ausnehmung 15 die erste Ventilsteuerkante 3 freigibt, wodurch sich der weitere Kennlinienverlauf in Figur 4 abflacht (Kennfeldbereich II , Kennlinie imax) .
Die Figur 2 zeigt abweichend von Figur 1 das Ventil in einer Regelstellung, in welcher der Erregerstrom dem minimalen e- lektrischen Ansteuerstrom der Ventilspule 12 entspricht . Infolge des minimalen Erregerstroms imin verschiebt der Magnetanker 13 den Ventilsteuerkolben 2 entgegen der Wirkung der Druckfeder 9 in eine stabilen Zwischenlage, in der beide Ventilsteuerkanten 3, 3' und damit deren Strömungsquerschnitte Vl , V2 freigegeben sind, um einen maximalen Durchfluß zwischen dem Einlass- und Auslasskanal 11 , 10 zu ermöglichen . In dieser Druckregelstellung kommt somit die im Diagramm nach Fig . 4 abgebildete Druckregelkennlinie imin zustande, woraus ein flacher Druckanstieg mit zunehmendem Volumenstrom Q zu entnehmen ist . Die Figur 3 zeigt das Ventil in einer Stellung, in welcher das Ventil elektrisch nicht angesteuert (Erregerstrom i=0 ) bzw . nicht ansteuerbar ist (Fail-Safe-Stellung) . In diesem Zustand verschließt der Ventilsteuerkolben 2 infolge der Wirkung der Druckfeder 9 zunächst die zweite Ventilsteuerkante 3' , wodurch der zweite Ventilöffnungsquerschnitt V2 quasi bis auf den Fluidstrom über die Blendenöffnung S2 versperrt ist . Es ergibt sich infolge der Blendenwirkung zunächst der aus Figur 4 ersichtliche steile Kennnlinienver- lauf im Bereich I . Mit zunehmenden Fluidstrom wächst der auf die Wirkflächen des Ventilsteuerkolbens 2 lastende Hydraulikdruck so weit an, dass der Ventilsteuerkolben 2 entgegen der Wirkung der Druckfeder 9 hydraulisch betätigt die zweite Ventilsteuerkante 3' freigibt, wodurch die Druck- /Volumenstromkennlinie in Figur 4 beim Erregerstrom i=0 im Bereich II einen flacheren Verlauf aufweist .
Entsprechend dem Diagramm nach Fig . 4 lässt sich j e nach Größe des Erregerstroms i eine beliebige Kurvenschar durch beliebig viele Positionen des Ventilsteuerkolbens 2 dar stellen, wovon explizit anhand den Figuren 1-3 drei Kennlinienverläufe beispielhaft herausgestellt wurden . Auf der Ordinate des Diagramms ist j eweils der Druckanstieg p sowie entlang der Abszisse der Volumenstrom Q aufgetragen . Der steilere Anstieg der Kennlinie für i=imaχ gegenüber der Kennlinie für die Bedingung i=0 ergibt sich dadurch, dass die Blendenöffnung Sl kleiner als die Blendenöffnung S2 ist . Für die Bedingung, dass i=imin ist, ergeben sich die größten Strömungsquerschnitte Vl , V2 im Bereich der beiden Blendenöffnungen Sl , S2 , wodurch ein besonders drosselfreier und somit flacher Kennlinienverlauf den maximalen Durchfluß durch das Ventil veranschaulicht . In der konkreten Verwendung des vorgestellten Ventils für einen Stoßdämpfer bedeutet dies , dass mit steilerem Kennlinienverlauf die Dämpferwirkung zunimmt . Anhand den Figuren 5-12 soll nachfolgend kurz der vorteilhafte Zusammenbau des Ventils beschrieben werden .
Die Figur 5 zeigt hierzu zunächst die als Tiefziehhülse ausgeführten Ventilgehäuses 4 , in die von unten der ebenfalls als Tiefziehteil ausgeführte ringscheibenförmige Anschlag 12 eingesetzt und vorzugsweise in einen verengten Stufenabschnitt des Ventilgehäuses 4 eingepresst ist . Von oben ist bis zum erweiterten Stufenabschnitt des Ventilgehäuses 4 ein Haltering 18 über die Ventilhülse 4 gestülpt, der zur Aufnahme des für den Magnetantrieb 13 vorgesehenen Jochrings dient . Der Haltering 18 ist mit dem Ventilgehäuse 4 und dem oberen Anschlag 12 im Bereich des oberen Stufenabschnitts laserverschweißt .
Die Figur 6 zeigt den im Kolbenabschnitt 2a bereits mit den beiden Einsatzkörpern 8 bestückten Ventilsteuerkolben 2 , der mit der Laufbuchse 6 von unten mit einem Montagewerkzeug 22 in das Ventilgehäuse 4 eingefügt ist . Die vom Anschlag 12 abgewandten Stirnflächen der stiftförmigen Einstellkörper 8 ruhen hierbei zunächst unter Schwerkraftwirkung am angrenzenden Kolbenabschnitt 2b .
Die Figur 7 zeigt den nächsten Montageschritt, wonach von oben in das Ventilgehäuse 4 der Magnetanker 13 bis zur Kon- taktierung des oberen Anschlags 12 auf den Fortsatz 7 aufge- presst wird. Die hierbei wirksame Reaktionskraft wird durch das Montagewerkzeug 22 aufgenommen .
Die Figur 8 zeigt die sich anschließende Montage der Druckfeder 9 und des Magnetkerns 19 von oben in das Ventilgehäuse 4 , wobei zur Einstellung des Ventilhubs ein Einstelldorn 20 durch die Bohrung im Montagewerkzeug 22 gegen die Unterseite des Ventilsteuerkolbens 2 drückt, bevor der Magnetkern 19 abschließend in der Ventilhülse 4 positioniert und verschweißt wird.
Die Figur 9 zeigt die anschließende Einstellung der Vorspannkraft der Druckfeder 9, indem während des Verschiebens einer im Magnetkern 19 auf die Druckfeder 9 wirkenden Einstellhülse 20 über den von unten gegen den Ventilsteuerkolben 2 wirkenden Einstelldorn 20 die Federkraft gemessen wird.
Nach Abschluss der zuvor erläuterten Einstellschritte wird das Montagewerkzeug 22 entfernt und gemäß Figur 10 von unten in die zunächst noch freie Durchgangsöffnung des Ventilsteuerkolbens 2 der Einsatzkörper 8 eingeschoben und gegen Herausfallen durch den deckeiförmigen Anschlag 12 an der Laufbuchse 6 gesichert .
Die Figur 11 zeigt das Aufsetzen der Ventilspule 5 mit dem Jochring auf das Ventilgehäuse 4 und zwar bis der Jochring am unteren Rand des Halterings 18 ruht . Danach folgt schließlich ein Verschweißen des Jochrings im Bereich des Kragens am Haltering 18 , wozu auf Figur 12 hingewiesen wird.
Bezugszeichenliste
1 Stellantrieb
2 Ventilsteuerkolben
3 Ventilsteuerkante 3' Ventilsteuerkante
4 Ventilgehäuse
5 Ventilspule
6 Laufbuchse
7 Fortsatz
8 Einsatzkörper
9 Druckfeder
10 Auslasskanal
11 Einlasskanal
12 Anschlag
13 Magnetanker
14 Durchgangsbohrung
15 Ausnehmung 15' Ausnehmung
16 Ringraum
17 Ringraum
18 Haltering
19 Magnetkern
20 Einstelldorn
21 Einschnürung
22 Montagewerkzeug
23 Einstellhülse
Vl erster Ventilöffnungsquerschnitt V2 zweiter Ventilöffnungsquerschnitt
51 erste Blendenöffnung
52 zweite Blendenöffnung XA Axialluftspalt

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisch ansteuerbares Ventil, insbesondere für einen regelbaren Stoßdämpfer, mit einem Stellantrieb, einem vom Stellantrieb betätigbaren Ventilsteuerkolben, der wahlweise entweder an einer ersten oder einer zweiten Ventilsteuerkante im Ventilgehäuse anlegbar ist, die in einer Reihenschaltung angeordnet sind, um einen ersten und einen zweiten Ventilöffnungsquerschnitt mittels des Ventilsteuerkolbens reziprok proportional zueinander verändern zu können, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Arbeitsluftspalt (XA) des elektrischen Stellantriebs (1 ) auf der vom Ventilsteuerkolben (2 ) abgewandten Seite eines mit dem Ventilsteuerkolben (2 ) zusammenwirkenden Magnetankers (13) angeordnet ist, so dass bei elektrischer Betätigung des Stellantriebs (1 ) der Ventilsteuerkolben (2 ) vom Stellantrieb (1 ) zur Reduzierung des ersten Ventilöffnungsquerschnitts (Vl ) in Richtung auf die erste Ventilsteuerkante (3) bewegbar ist .
2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerkolben (2 ) als Ventilkolben mit konstantem Außendurchmesser ausgeführt ist, der durch einen oder mehrere geeignete hydraulisch beaufschlagbare Einsatzkörper (8 ) hydraulisch nicht druckausgeglichen ist .
3. Ventil nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des hydraulisch nicht druckausgeglichenen Zustands der Ventilsteuerkolben (2 ) einen ersten sowie einen zweiten Kolbenabschnitt (2a, 2b) aufweist, dass die beiden Kolbenabschnitte (2a, 2b) zur druckmitteldichten Hindurchführung der Einsatzkörper (8 ) mit Durchgangsöffnungen versehen sind, wobei sich die Einsatzkörper (8 ) mit ihren voneinander abgewandten Enden an Anschlägen (12 ) abstützen, die beabstandet zu den beiden Stirnflächen des Ventilsteuerkolbens (2 ) im Ventilgehäuse (4 ) und/oder einer Laufbuchse ( 6) fixiert sind.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzkörper (8 ) als an den Anschlägen (12 ) verharrende Zylinderstifte ausgeführt sind, zu denen der Ventilsteuerkolben (2 ) zum Zwecke der hydraulischen Druckbegrenzung oder Druckregelung relativ verschiebbar ist .
5. Ventil nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet:, dass die Einsatzkörper (8 ) infolge des im Ventilgehäuse (4 ) herrschenden Hydraulikdrucks mit ihren vom Ventilsteuerkolben (2 ) abgewandten Enden an den Anschlägen (12 ) verharren .
6. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Parallelschaltung zur ersten Ventilsteuerkante (3) eine erste Blendenöffnung (Sl ) vorgesehen ist, deren Blendenquerschnitt (Sl ) kleiner ist als eine parallel zur zweiten Ventilsteuerkante (3' ) angeordnete zweite Blendenöffnung (S2 ) .
7. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsteuerkolben (2 ) an seinem Umfang j eweils im Überdeckungsbereich der beiden Ventilsteuerkanten (3, 3' ) eine die Strömungskräfte zumindest teilweise kompensierende Körpergeometrie aufweist, die in Form einer insbesondere hohlkeh- lenförmigen Ausnehmung (15) und/oder vereinfacht als Ringnut ausgeführt ist . Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blendenöffnungen
(Sl , S2 ) und die beiden Ventilsteuerkanten (3, 3' ) in einer den Ventilsteuerkolben (2 ) führenden Laufbuchse
( 6) angeordnet sind, wobei die Laufbuchse ( 6) in das Ventilgehäuse (4 ) flüssigkeitsdicht eingesetzt ist .
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