WO2007009903A1 - Elektrisch ansteuerbares ventil - Google Patents

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Hans-Jörg Feigel
Jan Hoffmann
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • 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
    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • F16K31/0679—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor with more than one energising coil
    • 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 a shock absorber, according to the preamble of patent claim 1.
  • valve slide carries a plunger coil for electrical actuation, the power supply via a valve spool in the housing basic positioning bending spring.
  • the housing carries a cooperating with the plunger coil permanent magnet, so that overall there is a relatively large effort for the electromechanical actuation of the valve spool in a single operating direction.
  • valve spool The position of the valve spool is detected by means of a separate measuring device which consists of a housing-side sensor element and a permanent magnet connected to the valve spool.
  • a separate measuring device which consists of a housing-side sensor element and a permanent magnet connected to the valve spool.
  • the object of the invention is to design a valve of the specified type with the least possible effort such that using a simple, reliable means and while avoiding the aforementioned disadvantages of the valve spool, regardless of its direction of movement has a consistently high control dynamics.
  • This object is achieved according to the invention for a valve of the type indicated by the characterizing features of claim 1.
  • FIG. 1 shows a schematic representation in longitudinal section a in two diametrical directions of movement electrically directly controllable slide valve, which preferably for variable adjustment of the damper characteristic of a vibration damper is used.
  • the valve For actuating a valve slide 1 guided in a housing 3, the valve has a magnetic drive 2 which actuates the valve slide 1 in the housing 3 in such a way for the variable volume flow control between a valve inlet 14 and a valve outlet 15 that a passage 8 of FIG a control edge 9 of the valve spool 1 is continuously released or closed.
  • the invention therefore provides that the direction of movement of the valve spool 1 is reversible depending on the electrical flow of the magnetic drive 2, for which purpose the valve spool 1 can be driven by a magnetic drive 2 which is designed as a reversing lifting magnet.
  • the magnetic drive 2 has a first and a second fixed to the housing 3 magnetic coil 4, 5, which are electrically or jointly controlled independently or alternatively for selectively actuating the associated with the valve spool 1 magnet armature 6 in one or the other direction.
  • the two magnetic coils 4, 5 are coaxially aligned along the tubular housing 3 in Erasmusnanord- tion and are surrounded by a sleeve-shaped yoke 16, which produces the magnetic circuit via the housing 3 to the magnet armature 6.
  • the arranged inside the magnetic coils 4, 5 armature 6 is acted upon in the housing 3 by a spring 7, through which the valve spool 1 is positioned in the electrically non-energized state of the two magnetic coils 4, 5 in the illustrated basic position, in which the passage 8 at least partially is released from the control edge 9.
  • the spring 7 is preferably designed as a compression spring. It can of course also be designed as a tension spring if desired or required.
  • the spring 7 is clamped directly between the valve slide 1 facing away from, provided with a recess left end face of the magnet armature 6 and the end wall of the housing 3, resulting in a compact spring arrangement.
  • the armature 6 is connected via a hydraulically acted upon by the input pressure plunger 11 with the valve slide designed as a hollow slide 1, whereby due to the hydraulic pressure reaction to the plunger 11, the positioning of the valve spool 1 is favored in its center position.
  • the valve spool 1 is by means an internal centering on a plurality of circumferential grooves 12 having inner cylinder 13 is movably guided and leak-free.
  • the inner cylinder 13 is used in the illustrated embodiment as a separate component concentrically in the front side of the valve inlet 14 having tubular housing 3. Upstream to the circumferential grooves 12, the inner cylinder 13 on the passage 8.
  • the cooperating with the control edge 9 of the valve spool 1 passage 8 is designed as a transverse bore, which penetrates the wall of the inner cylinder 13.
  • the inner cylinder 13 is preferably made as an automatic turning part, in the center bore 17, the protruding inside the valve spool 1 end of the plunger 11 is immersed and guided therein.
  • the valve outlet 15 Located downstream of the passage 8, the valve outlet 15 penetrates the wall of the housing 3.
  • the valve spool 1 can be particularly simple to perform as a cup-shaped hollow slide, the bottom of the pot is connected via the plunger 11 with the piston-shaped armature 6.
  • the pot rim facing away from the pot edge advantageously takes over the function of the control edge 9.
  • the valve spool 1 can be particularly efficient in accordance with the illustrated geometry produce as a deep-drawn part.
  • the inner shell of the valve slide 1 located between the pot bottom and the pot rim is guided by means of a metallic seal along the outer circumference of the inner cylinder, which has the circumferential grooves 12 mentioned above, with low friction, whereby undesired leakage flows are avoided in the manner of a labyrinth seal.
  • the position of the valve spool 1 for precise flow control can be detected.
  • the measuring device is particularly advantageous as an induction measuring unit. executed direction, which detects the induced by the movement of the armature 6 in at least one of the two magnetic coils 4, 5 current.
  • the magnetic coils 4, 5 are thus to be considered as part of the measuring device, which is linked to a symbolically sketched evaluation circuit 10, which with the aid of the evaluation circuit 10, the stroke position of the valve spool 1 is precisely detected depending on the position of the armature 6.
  • the presented valve is characterized by a particularly simple, inexpensive to manufacture mechanical structure. Due to the low resistance in the housing 3 to moving masses is taking into account the selected magnetic drive 2, a highly dynamic valve control realized at relatively low power consumption in both directions of actuation of the valve spool 1, with the possibility of request or demand on the selected magnetic drive 2 a variable valve characteristic with clearly defined Pressure / volume characteristics represent.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Ventil, insbesondere zur variablen Verstellung der Dämpferkennlinie eines Schwingungsdämpfers, mit einem Magnetantrieb (2) zur Betätigung eines in einem Gehäuse (3) geführten Ventilschiebers (1) in eine Bewegungsrichtung, sowie mit einem zur variablen Volumenstromregelung zwischen einem Ventileinlass (14) und einem Ventilauslass (15) im Gehäuse (3) angeordneten Durchlass (8), der mit einer Steuerkante (9) des Ventilschiebers (1) zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist die Bewegungsrichtung des Ventilschiebers (1) elektrisch umkehrbar, wodurch sich zur variablen Regelung der Ventilkennlinie ein verhältnismäßig einfacher mechanischer Aufbau für das Ventil ergibt.

Description

Elektrisch ansteuerbares Ventil
Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Ventil, insbesondere für die Verwendung in einem Stossdämpfer, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 0 627 052 Bl ist bereits ein Ventil der gattungsbildenden Art bekannt, dessen Ventilschieber zur elektrischen Betätigung eine Tauchspule trägt, deren Stromzuführung über eine den Ventilschieber im Gehäuse grundpositionierende Biegefeder erfolgt. Das Gehäuse trägt einen mit der Tauchspule zusammenwirkenden Permanentmagneten, so dass insgesamt ein verhältnismäßig großer Aufwand zur elektromechanischen Betätigung des Ventilschiebers in eine einzige Betätigungsrichtung besteht.
Die Position des Ventilschiebers wird mittels einer separaten Messeinrichtung erfasst, die aus einem gehäuseseitigen Sensorelement und einem mit dem Ventilschieber verbundenen Permanentmagneten besteht. Diese Anordnung führt gleichfalls zur Vergrößerung des Bauaufwands und erhöht in Verbindung mit der Tauchspule am Ventilschieber die Masse, folglich auch die Trägheit des Systems .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil der angegebenen Art mit möglichst geringem Aufwand derart zu gestalten, dass unter Verwendung einfacher, funktionssicherer Mittel sowie unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile der Ventilschieber unabhängig von seiner Bewegungsrichtung eine gleichbleibend hohe Regelungsdynamik aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Ventil 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 hervor.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung im Längsschnitt ein in zwei diametralen Bewegungsrichtungen elektrisch direkt ansteuerbares Schieberventil, das bevorzugt zur variablen Verstellung der Dämpferkennlinie eines Schwingungsdämpfers zum Einsatz gelangt.
Zur Betätigung eines in einem Gehäuse 3 geführten Ventilschiebers 1 weist das Ventil einen Magnetantrieb 2 auf, der zur variablen Volumenstromregelung zwischen einem Ventilein- lass 14 und einem Ventilauslass 15 den Ventilschieber 1 im Gehäuse 3 derart betätigt, dass ein im Gehäuse 3 angeordneter Durchlass 8 von einer Steuerkante 9 des Ventilschiebers 1 stufenlos freigegeben oder verschlossen wird.
Die Erfindung sieht deshalb vor, dass die Bewegungsrichtung des Ventilschiebers 1 abhängig von der elektrischen Bestro- mung des Magnetantriebs 2 umkehrbar ist, wozu der Ventilschieber 1 von einem Magnetantrieb 2 ansteuerbar ist, der als Umkehrhubmagnet ausgebildet ist.
Hierzu weist der Magnetantrieb 2 eine erste sowie eine zweite am Gehäuse 3 fixierte Magnetspule 4, 5 auf, die gemeinsam oder unabhängig voneinander zur wahlweisen Betätigung des mit dem Ventilschieber 1 verbundenen Magnetankers 6 in die eine oder die andere Richtung elektrisch ansteuerbar sind. Die beiden Magnetspulen 4, 5 befinden sich koaxial ausgerichtet entlang dem rohrförmigen Gehäuse 3 in Reihenanord- nung und sind von einem hülsenförmigen Jochblech 16 umschlossen, das den Magnetkreis über das Gehäuse 3 zum Magnetanker 6 herstellt.
Je nach elektrischer Bestromung der beiden Magnetspulen 4, 5 wird somit zur Beeinflussung der Drosselwirkung im Durchlass 8 eine stromproportionale Längsbewegung des Magnetankers 6 und des mit dem Magnetanker 6 starr gekoppelten Ventilschiebers 1 aus der abgebildeten Mittenstellung (Grundstellung) nach links oder rechts bewirkt.
Der innerhalb der Magnetspulen 4, 5 angeordnete Magnetanker 6 ist im Gehäuse 3 von einer Feder 7 beaufschlagt, durch die der Ventilschieber 1 im elektrisch nicht bestromten Zustand der beiden Magnetspulen 4, 5 in der abgebildeten Grundstellung positioniert ist, in welcher der Durchlass 8 zumindest teilweise von der Steuerkante 9 freigegeben ist. Damit ist sichergestellt, dass bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung jederzeit ein hinreichend großer Volumenstrom den Durchlass 8 passieren kann. Die Feder 7 ist bevorzugt als Druckfeder ausgebildet. Sie kann bei Wunsch oder Bedarf selbstverständlich auch als Zugfeder ausgeführt sein.
Als zylinderförmige Druckfeder ist die Feder 7 unmittelbar zwischen der vom Ventilschieber 1 abgewandten, mit einer Vertiefung versehenen linken Stirnfläche des Magnetankers 6 und der Stirnwand des Gehäuses 3 eingespannt, wodurch sich eine kompakte Federanordnung ergibt.
Der Magnetanker 6 ist über einen hydraulisch vom Eingangsdruck beaufschlagbaren Stößel 11 mit dem als Hohlschieber ausgeführten Ventilschieber 1 starr verbunden, wodurch infolge der hydraulischen Druckrückwirkung auf den Stößel 11, die Positionierung des Ventilschiebers 1 in seiner Mittenstellung begünstigt wird. Der Ventilschieber 1 ist mittels einer Innenzentrierung auf einem mehrere Umfangsnuten 12 aufweisenden Innenzylinder 13 beweglich sowie leckagefrei geführt ist.
Der Innenzylinder 13 ist im abgebildeten Ausführungsbeispiel als separates Bauteil konzentrisch in das stirnseitig den Ventileinlass 14 aufweisende rohrförmige Gehäuse 3 eingesetzt. Stromaufwärts zu den Umfangsnuten 12 weist der Innenzylinder 13 den Durchlass 8 auf. Der mit der Steuerkante 9 des Ventilschiebers 1 zusammenwirkende Durchlass 8 ist als Querbohrung ausgeführt, welche die Wand des Innenzylinders 13 durchdringt. Der Innenzylinder 13 ist bevorzugt als automatengerechtes Drehteil hergestellt, in dessen Mittenbohrung 17 das innerhalb des Ventilschiebers 1 hervorstehende Ende des Stößels 11 eintaucht und darin geführt ist. Zum Durchlass 8 stromabwärts gelegen durchdringt der Ventilauslass 15 die Wand des Gehäuses 3.
Der Ventilschieber 1 lässt sich als topfförmiger Hohlschieber besonders einfach ausführen, dessen Topfboden über den Stößel 11 mit dem kolbenförmigen Magnetanker 6 verbunden ist. Der vom Topfboden abgewandte Topfrand übernimmt vorteilhaft die Funktion der Steuerkante 9. Der Ventilschieber 1 lässt sich entsprechend der erläuterten Geometrie besonders rationell als Tiefziehteil herstellen. Der zwischen dem Topfboden und dem Topfrand gelegene Innenmantel des Ventilschiebers 1 ist mittels einer metallischen Abdichtung entlang dem Außenumfang des Innenzylinders, der die eingangs erwähnten Umfangsnuten 12 aufweist, reibungsarm geführt, wodurch nach Art einer Labyrinthabdichtung unerwünschte Leckageströme vermieden werden.
Mittels einer geeigneten Messeinrichtung ist die Position des Ventilschiebers 1 zur präzisen Volumenstromregelung erfassbar. Aufgrund des verwendeten Magnetantriebs 2 ist die Messeinrichtung besonders vorteilhaft als Induktionsmessein- richtung ausgeführt, die den durch die Bewegung des Magnetankers 6 in wenigstens einer der beiden Magnetspulen 4, 5 induzierten Strom erfasst. Die Magnetspulen 4, 5 sind somit als Bestandteil der Messeinrichtung zu betrachten, die mit einer symbolisch skizzierten Auswerteschaltung 10 verknüpft ist, womit mit Hilfe der Auswerteschaltung 10 die Hubposition des Ventilschiebers 1 abhängig von der Position des Magnetankers 6 präzise erfassbar ist.
Zusammenfassend zeichnet sich das vorgestellte Ventil durch einen besonders einfachen, kostengünstig herzustellenden mechanischen Aufbau aus. Infolge der geringen widerstandsarm im Gehäuse 3 zu bewegenden Massen ist unter Berücksichtigung des gewählten Magnetantriebs 2 eine hochdynamische Schiebersteuerung bei verhältnismäßig kleinem Stromverbrauch in beiden Betätigungsrichtungen des Ventilschiebers 1 realisiert, mit der Möglichkeit bei Wunsch oder Bedarf über den gewählten Magnetantrieb 2 eine variable Ventilkennlinie mit klar definierter Druck-/Volumencharakteristik darzustellen.
Bezugszeichenliste :
1 VentilSchieber
2 Magnetantrieb
3 Gehäuse
4 Magnetspule
5 Magnetspule
6 Magnetanker
7 Feder
8 Durchlass
9 Steuerkante
10 AuswerteSchaltung
11 Stößel
12 Umfangsnut
13 Innenzylinder
14 Ventileinlass
15 Ventilauslass
16 Jochblech
17 Mittenbohrung

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisch ansteuerbares Ventil, insbesondere zur variablen Verstellung der Dämpferkennlinie eines Schwingungsdämpfers, mit einem Magnetantrieb zur Betätigung eines in einem Gehäuse geführten Ventilschiebers in eine Bewegungsrichtung, sowie mit einem zur variablen Volumenstromregelung zwischen einem Ventileinlass und einem Ventilauslass im Gehäuse angeordneten Durchlass, der mit einer Steuerkante des Ventilschiebers zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des Ventilschiebers (1) elektrisch umkehrbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des Ventilschiebers (1) abhängig von der elektrischen Bestromung des Magnetantriebs (2) umkehrbar ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetantrieb (2) eine erste sowie eine zweite am Gehäuse (3) fixierte Magnetspule (4, 5) aufweist, die gemeinsam oder unabhängig voneinander zur wahlweisen Betätigung eines mit dem Ventilschieber (1) verbundenen Magnetankers (6) in die eine oder die andere Richtung elektrisch durchflutbar sind.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (6) im Gehäuse (3) von einer Feder (7) beaufschlagt ist, durch die der Ventilschieber (1) im elektrisch nicht bestromten Zustand der beiden Magnetspulen (4, 5) in einer Grundstellung positioniert ist, in welcher der Durchlass (8) zumindest teilweise von der Steuerkante (9) des Ventilschiebers (1) freigegeben ist.
5. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer geeigneten Messeinrichtung die Position des Ventilschiebers (1) erfassbar ist.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung als Induktionsmesseinrichtung ausgeführt ist, welche den durch die Bewegung des Magnetankers (6) in wenigstens einer der beiden Magnetspulen (4, 5) induzierten Strom erfasst.
7. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mit einer Auswerteschaltung (10) verknüpft ist, durch welche die Position des Ventilschiebers (1) abhängig von der Position des Magnetankers (6) ermittelbar ist.
8. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (6) über einen vom Eingangsdruck hydraulisch beaufschlagbaren Stößel (11) mit dem als Hohlschieber ausgeführten Ventilschieber (1) verbunden ist, der mittels einer Innenzentrierung auf einem vorzugsweise mit mehreren Um- fangsnuten (12) versehenen Innenzylinder (13) gleitbeweglich geführt ist, der ein Bestandteil des Gehäuses
(3) ist.
9. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (1) als topfförmiger Hohlschieber ausgeführt ist, dessen Topfboden mit dem Stößel (11) verbunden ist, wobei der vom Topfboden abgewandte Topfrand die Steuerkante (9) aufweist .
10. Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Steuerkante (9) zusammenwirkende Durchlass (8) als Querbohrung im Gehäuse (3) ausgeführt ist, wobei der Durchlass (8) vorzugsweise in der Wand des Innenzylinders (13) angeordnet ist.
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