WO2020052986A1 - Elektromagnetisch und vorgesteuert betätigtes proportionalventil - Google Patents

Elektromagnetisch und vorgesteuert betätigtes proportionalventil Download PDF

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Jörg BÜRSSNER
Peter Vincon
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Eto Magnetic Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic and pilot-operated proportional valve according to the preamble of the main claim. Furthermore, the present invention relates to the use of such an electromagnetic and pilot-operated proportional valve.
  • Electromagnetically operated proportional valves are generally known in the form of common electromagnetic valves, as they are developed and produced by the applicant, and have a valve spool actuated by an electromagnetic actuator assembly, which has a fluid flow path to be controlled by the proportional valve (completely or partially ) opens or closes. It is known to arrange associated openings of the fluid flow path in the valve housing for the useful fluid in a front, bottom or jacket region of the valve housing (which is typically elongated along an axial actuator movement direction), so that a valve slide guided in the valve housing corresponds to its positional position. exposes the inlet or outlet for the useful fluid in the desired manner (completely or partially).
  • valve slide is driven directly and immediately by the electromagnetic actuator assembly, in the form that armature means or an associated tappet of the actuator assembly usually act on the valve slide means at one end and on the end face ( if necessary, train them yourself) and thus determine their valve slide position in the surrounding valve housing and relative to a cooperating valve seat.
  • armature means or an associated tappet of the actuator assembly usually act on the valve slide means at one end and on the end face ( if necessary, train them yourself) and thus determine their valve slide position in the surrounding valve housing and relative to a cooperating valve seat.
  • direct control has often proven to be impractical or even technically impossible to implement, so that in the known, generic state of the art a valve spool of such a proportional directional valve by means of a so-called pilot control and so that it is actuated indirectly by the action of the electromagnetic actuator assembly.
  • a pilot control fluid is controlled by means of the electromagnetic actuator assembly, which in turn then acts in a controlling manner on the main valve, so that it can then expose an inlet or outlet for a useful fluid in a controlled manner.
  • the electromagnetic actuator assembly is configured in such a way that, in order to implement a pilot valve functionality (a pilot valve is often also referred to as a pilot stage), it opens or closes an inlet or nozzle-shaped inlet for the pilot fluid and does this (suitable from one Volume source provided) pilot fluid can then operate the main valve in the desired manner.
  • Such a solution is well suited for simple pilot control tasks and can be implemented in a structurally simple manner, but is not suitable for complex control tasks such as occur in a motor vehicle context in connection with a control of chassis or damper assemblies.
  • complex control tasks such as occur in a motor vehicle context in connection with a control of chassis or damper assemblies.
  • loads from moisture, dirt or heat occur in a mobile and thus dynamically moving environment, they are also particularly complex in the main valve or through the control functions to be implemented - for example, the chassis or Damping context of a motor vehicle a control of both a train and a pressure stage without having to set up, for example, separate pilot valves or similar measures to increase expenditure.
  • the openings for inlet and outlet fluid formed on the pilot valve housing are first each formed as inlet and outlet, this being true both for the first inlet and outlet and for the second inlet and outlet (and the- In principle, they can be provided anywhere on the valve housing, for example on the lateral jacket side, front or bottom side).
  • the pilot valve housing between the first and the second inlet and outlet is designed such that the pilot fluid can flow through it in a bidirectional (opposite direction).
  • This advantageously makes it possible to implement two pilot operating modes - a first in which the pilot fluid enters through the first inlet and outlet and exits through the second inlet and outlet (in the direction of a first pilot connection of the downstream main valve) and a second pilot operating mode, in which the pilot fluid (again from a suitable external volume source) enters through the second inlet and outlet and through the first inlet and outlet (to a second pilot port of the downstream one Main valve) can escape.
  • the main valve connected to the first and the second inlet and outlet can thus be controlled in two directions (bidirectionally), and thus the desired complex control tasks (for one then from the main valve in) otherwise known manner to control or switch useful fluid).
  • the main valve (provided for switching the actual useful fluid), which is pilot-controlled in the manner described according to the invention and is correspondingly connected to the first and second inlet and outlet, separately (and approximately connected by suitable fluid pressure lines) from the pilot valve housing, alternatively to provide a mechanically integrated solution, for example by virtue of the fact that a suitably designed main valve housing (mechanically) is fixed directly to the pilot valve housing (with the formation of corresponding pilot fluid flow channels) or even is integrated in a common housing.
  • the inlets and outlets preferably both, with (more preferably mechanically acting) check valve means in such a way that a check valve means designed on the Inlet or outlet directed check valve pressure chamber is provided with a breakthrough through which pilot fluid entering from the pilot valve housing (from the pilot fluid volume source) can reach a control valve seat interacting with the pilot valve slide means, so that there is an interaction between the slide and the seat flow cross-section to be set electromagnetically is realized.
  • the non-return functionality of the non-return valve means such as an otherwise known spring-loaded non-return valve sealing body, prevents the control fluid entering from unintentionally exiting the respective inlet and outlet.
  • valve means realized. It is also provided according to a further development or alternatively that the check valve functionality realizing the check valve functionality form a sealing surface section that is in particular resiliently and / or elastically pre-tensioned, more preferably planar, and which interacts with the pilot valve fluid to seal or change the flow cross-section with an opening in the pilot valve housing - is formed.
  • check valve means While it is preferred, not least because of a structurally simple and operationally feasible feasibility, to design the check valve means according to the invention mechanically in the manner described, it is nevertheless possible to assign one or both inlets and outlets to electromagnetically operated check valves, in this variant, suitably configured additional actuators then implement the check valve functionality described.
  • the downstream main valve is designed in such a way that one of two (valve spool) movement directions along an axial direction can be controlled accordingly by the action of the pilot control fluid, depending on the pilot control operating mode bidirectional control of the main valve can be realized.
  • the pilot fluid emerging from the first or second inlet and outlet in the direction of the main valve is applied to respective active surfaces (eg end-side active surfaces or end faces) of a bidirectional in a main valve housing Bring movable main valve spool, in principle any mechanical designs and configurations are conceivable here.
  • pilot valve slide means in the pilot valve housing in particular and further preferably mechanical force storage means (for example springs) suitably set up against an actuating or pretensioning force, to be set up in such a way that when the actuator means is de-energized, a defined one Setting and thus opening or closing position of the pilot valve slide means for the pilot fluid controlled thereby can be reached.
  • mechanical force storage means for example springs
  • the predetermined opening or closing position which realizes the predetermined pilot flow cross section, is in response to a first control current for the actuator means to a pilot flow cross section which is smaller than the predetermined pilot flow cross section and in response to one of the first Control current different second control current can be changed to a pilot flow cross section enlarged compared to the predetermined pilot flow cross section.
  • the present invention is therefore suitable in a structurally simple, elegant and reliable manner, in particular for the implementation of a pilot-controlled proportional valve for the chassis and / or damping elements.
  • Remote control in a motor vehicle context where, more preferably, both the rebound and compression stages of such chassis or damper assemblies can be suitably controlled and set by the advantageous bidirectional pilot control and control of a main valve, but the present invention is not limited to one limited such use.
  • the present invention is suitable for any form of implementation of an electromagnetic and pilot-operated proportional valve in which a complex valve control with structural simplicity is to be combined, in particular in the pilot stage or the pilot valve, with high operational reliability and favorable suitability for stressed application environments .
  • FIG. 1 shows a fluid circuit diagram to illustrate a preferred application context and to use an electromagnetic pilot-operated proportional valve according to the invention in the context of a motor vehicle damping adjustment system with a compression and compression stage actuated together by the proportional valve;
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view through the pilot valve housing with the electromagnetically acting actuator means and the first and the second inlet and outlet for the pilot fluid as a component in the circuit diagram in the exemplary embodiment in FIG. 1; and 3 shows a longitudinal sectional schematic view for realizing the main valve as a component of the fluid circuit diagram or the exemplary embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 1 illustrates the preferred use and installation context of the present invention and likewise clarifies the implementation and operating principle of the electromagnetic and pilot-operated proportional valve according to the first exemplary embodiment.
  • a (electromagnetically actuated) pilot stage illustrated by the frame 10 (FIG. 2), controls a main valve 12 with a pilot fluid which is obtained from a volume flow source 14.
  • the main valve 12 (realized structurally as shown in FIG. 3, see below) controls in a manner not shown in detail by bidirectional movement a tension and a compression stage of a connected motor vehicle damper system with a useful fluid.
  • the schematic fluid circuit diagram according to FIG. 1 illustrates in the form of the branches shown (top or bottom) how pilot fluid of the source 14 can flow bidirectionally through a valve housing 16 (FIG. 2) of the pilot valve 10.
  • a first inlet and outlet 18 for pilot fluid provided on the face or bottom of the valve housing 16 is provided with a sleeve-type check valve 20, in the jacket region of which a breakthrough 22 for pilot fluid entering the sleeve 20 (bottom) - is brought.
  • This also makes it possible to direct pilot fluid entering the second inlet or outlet 24 to an electromagnetically controlled pilot fluid passage cross section, which is formed from an interaction between a pilot fluid valve slide 30 and an associated pilot fluid valve seat 32.
  • the pilot valve spool 30 (pilot valve spool means) acts together with armature means 36 which are moved electromagnetically by energizing a stationary coil unit 34 and which, in response to energization, the pilot valve spool means 30 against a restoring force of spring means 38 of the ones shown in FIG. 2 Lift off the closed position on the valve seat 32 and expose a fluid flow between the inlets and outlets 18 and 24; a respective opening width (flow cross-section for the pilot fluid) is determined by a respectively controlled current flow in the coil means 34, and the spring means 38 bring about the closure of the flow cross-section shown in FIG. 2 in the de-energized state (in this respect correspondingly also a fail-safe Position).
  • the check valves 20, 26 provided on the inlets and outlets 18, 24 and provided with openings 22 and 28, respectively, advantageously make it possible for the pilot valve housing shown schematically in connection with FIG. 2 to be bidirectional or with opposite fluid flow directions from the pilot fluid of the volume source 14, depending on the pilot operating mode, can flow through: on the one hand, it is possible for fluid entering the bottom of the valve sleeve 20 through the opening 22, the pilot valve cross section formed between the assemblies 30, 32 (and opened in the energized state) up to To lead outlet 24, at which the fluid that has entered the valve body 16, against the reset-blocking action of the blocking body in the check valve valve 26, exits.
  • This pilot fluid could then enter a first pilot fluid inlet 40 of a main valve housing 42 through a suitable pressure line (and not shown in the figures) and actuate a main valve slide 46 there by attacking a first end face 44, which then actuates a (not in Establishes useful fluid communication shown in detail between a useful fluid inlet NE in the housing 42 and one of two useful fluid outlets NA1, NA2.
  • a useful fluid inlet NE in the housing 42 actuates a (not in Establishes useful fluid communication shown in detail between a useful fluid inlet NE in the housing 42 and one of two useful fluid outlets NA1, NA2.
  • pilot control principle explained in connection with FIG. 2 also allows the pilot valve housing 16 to flow through the pilot control fluid 16 in the opposite direction: fluid entering through the inlet 24 flows through the opening 28 in the check valve 26 via the (opened) flow cross section in the transition between Pilot valve spool 30 and valve seat 32 up to outlet 18 with the associated bottom-side check valve 20 and can, for example, see FIG. 3, enter a second (left-side) pilot inlet 48 into the main valve housing 42 in order to there access a second (left-side) Acting surface 50 of the main valve spool in this further operating mode then counter to the effective direction, which was introduced into the main valve through the outlet 24 (on the right-hand side in FIG. 3) in the pilot control operating mode described above.
  • the described embodiment of the electromagnetically and pilot-operated proportional valve with pilot control (FIG. 2) and main valve (FIG. 3) is to be understood as purely exemplary, schematic and not restrictive, but rather serves the bidirectional flow through the pilot valve housing with the to illustrate the advantages achieved thereby.
  • Both the pilot valve and the main valve can be realized in almost any other way, whereby neither the design of the pilot stage with two purely mechanical check valves is restrictive (other principles, such as an electromagnetic one, can also be used here Non-return control, use), the pilot control functionality shown in the example is limited to the normally stable, closed position.
  • the present invention as also illustrated by the exemplary embodiment, is outstandingly suitable for realizing a complex damper or chassis component control for rebound and compression stages, but is not restricted to this preferred use.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch und vorgesteuert betätigtes Proportionalventil mit als Reaktion auf eine Bestromung von elektromagnetisch wirkenden Aktuatormitteln (36) in einem Vorsteuerventilgehäuse (16) bewegbaren Vorsteuerventilschiebermitteln (30) zum Öffnen und Schließen eines ersten (18) und eines zweiten (24), jeweils im Vorsteuerventilgehäuse ausgebildeten Ein- und Auslasses für ein Vorsteuerfluid, wobei dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass ein durch das Vorsteuerfluid betätigbares Hauptventil (12) nachschaltbar vorgesehen ist, wobei das Vorsteuerventilgehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass bidirektional von dem Vorsteuerfluid so durchströmbar ausgebildet ist, dass in einem ersten Vorsteuerbetriebsmodus das Vorsteuerfluid durch den ersten Ein- und Auslass eintreten und durch den zweiten Ein- und Auslass mit einer Rückschlagventilfunktionalität (26) austreten kann und in einem zweiten Vorsteuerbetriebsmodus das Vorsteuerfluid durch den zweiten Ein- und Auslass eintreten und durch den ersten Ein- und Auslass mit einer Rückschlagventilfunktionalität (20) austreten kann, wobei das nachgeschaltete Hauptventil durch den ersten und den zweiten Vorsteuerbetriebsmodus in verschiedene Hauptventilbetriebsmodi gesteuert werden kann.

Description

Elektromagnetisch und vorgesteuert betätigtes Proportionalventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch und vorgesteuert betätigtes Proportionalventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines derarti- gen elektromagnetisch und vorgesteuert betätigten Proportionalventils.
Elektromagnetisch betätigte Proportionalventile sind in Form gängiger Elektromagnetventile, wie sie von der Anmelderin entwickelt und produ- ziert werden, allgemein bekannt und weisen einen durch eine elektroma- gnetische Aktuatorbaugruppe betätigten Ventilschieber auf, welcher einen durch das Proportionalventil zu steuernden Fluidströmungspfad (vollstän- dig oder teilweise) öffnet bzw. schließt. Dabei ist es bekannt, zugehörige Öffnungen des Fluidströmungspfades im Ventilgehäuse für das Nutzfluid in einem Stirn-, Boden- oder Mantelbe- reich des (typischerweise entlang einer axialen Aktuatorbewegungsrich- tung langgestreckt ausgebildeten) Ventilgehäuses anzuordnen, sodass ein im Ventilgehäuse geführter Ventilschieber entsprechend seiner Stellpositi- on den Ein- bzw. Auslass für das Nutzfluid in der jeweils gewünschten Weise (vollständig oder partiell) freilegt.
Bei einer derartigen, als generisch und bekannt vorausgesetzten elektro- magnetischen Ventiltechnologie wird typischerweise der Ventilschieber direkt und unmittelbar von der elektromagnetischen Aktuatorbaugruppe angetrieben, der Gestalt, dass Ankermittel oder ein damit zusammenhän- gender Stößel der Aktuatorbaugruppe üblicherweise einends und stirnsei tig auf die Ventilschiebermittel wirken (ggf. diese selbst ausbilden) und damit deren Ventilschiebeposition im umgebenden Ventilgehäuse und re- lativ zu einem zusammenwirkenden Ventilsitz bestimmen. Gerade im Zusammenhang mit hohen Drücken eines Nutzfluids hat sich jedoch häufig eine derartige direkte Ansteuerung als impraktikabel oder gar technisch nicht realisierbar herausgestellt, sodass im bekannten, gat- tungsbildenden Stand der Technik ein Ventilschieber eines derartigen Pro- portional-Wegeventils mittels einer sog. Vorsteuerung und damit indirekt durch Wirkung der elektromagnetischen Aktuatorbaugruppe betätigt wird. Auch diese Technologie ist als solche bekannt und wird insbesondere zur Vorsteuerung von bekannten, gattungsgemäßen Ventilen im automobilen bzw. Nutzfahrzeugkontext verwendet, ist jedoch nicht auf eine derartige Verwendung beschränkt. Bei einer derartigen indirekten Betätigung wird mittels der elektromagnetischen Aktuatorbaugruppe ein Vorsteuerfluid ge- steuert, welches dann seinerseits auf das Hauptventil steuernd wirkt, so- dass dieses dann einen Ein- bzw. Auslass für ein Nutzfluid gesteuert frei- legen kann. Dabei ist die elektromagnetische Aktuatorbaugruppe so konfi- guriert, dass diese, zur Realisierung einer Vorsteuerventilfunktionalität (wobei ein Vorsteuerventil häufig auch als Pilotstufe bezeichnet wird) einen düsen- oder blendenartig ausgebildeten Einlass für das Vorsteuer- fluid öffnet bzw. schließt und das (geeignet von einer Volumenquelle be- reitgestellte) Vorsteuerfluid dann das Hauptventil in der gewünschten Wei- se betätigen kann.
Eine derartige Lösung ist für einfache Vorsteueraufgaben gut geeignet und konstruktiv einfach realisierbar, eignet sich jedoch nicht für komplexe Steuerungsaufgaben, wie sie etwa in einem Kraftfahrzeug kontext im Zu- sammenhang mit einer Steuerung von Fahrwerks- oder Dämpferbaugrup- pen auftreten. Hier treten nicht nur Belastungen durch Feuchtigkeit, Ver- schmutzung oder Wärme in einem mobilen und damit dynamisch beweg- ten Umfeld auf, auch sind die insbesondere im Hauptventil oder durch die ses zu realisierenden Steuerfunktionalitäten komplex - so verlangt etwa der exemplarisch beschriebene Fahrwerks- bzw. Dämpfungskontext eines Kraftfahrzeugs eine Steuerung sowohl einer Zug-, als auch einer Druck- stufe, ohne dass etwa separate Vorsteuerventile oder dergleichen auf- wandserhöhende Maßnahmen eingerichtet werden sollen. Auch ist es, insbesondere aus Gründen der Fahrzeug- und Betriebssicherheit, häufig erforderlich, einen sog. stromlos stabilen Schaltzustand des gattungsge- mäßen Ventils zu definieren, nämlich eine Schalt- bzw. Öffnungs-A/er- schlussposition insbesondere der von den Aktuatormitteln betätigten Vor- steuerventilschiebemittel, welche, im deaktivierten und unbestromten Zu stand der Aktuatormittel, stets definiert und betriebssicher eingenommen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes elektro- magnetisch und vorgesteuert betätigtes Proportionalventil zu schaffen, welches mechanisch einfach und damit für minimierten Herstellaufwand realisiert ist, eine komplexe und insbesondere bidirektionale Steuerfun ktio- nalität eines verbundenen Hauptventils vorsteuern kann und die Möglich- keit schafft, eine stromlos stabile und damit definierte Sperr- bzw. Durch- lassposition für das Vorsteuerfluid einzurichten.
Die Aufgabe wird durch das elektromagnetisch und vorgesteuert betätigte Proportionalventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen be- schrieben. Zusätzlich Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für eine Verwendung eines derartigen elektromagnetisch vorgesteuert be- tätigten Proportionalventils zur Fahrwerks- und/oder Dämpfersteuerung eines Kraftfahrzeugs.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind zunächst die am Vorsteuer- ventilgehäuse ausgebildeten Öffnungen für ein- und austretendes Fluid jeweils als Ein- und Auslass gebildet, wobei dies sowohl für den ersten Ein- und Auslass gilt, als auch für den zweiten Ein- und Auslass (und die- se prinzipiell beliebig am Ventilgehäuse vorgesehen sein können, etwa seitlich-mantelseitig, stirn- oder bodenseitig).
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist ferner vorgesehen, dass das Vorsteuer- ventilgehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass bidirektional (entgegengerichtet) von dem Vorsteuerfluid durchströmbar ausgebildet ist. Damit ist es vorteilhaft ermöglicht, zwei Vorsteuerbetriebs- modi zu realisieren - einen ersten, bei welchem das Vorsteuerfluid durch den ersten Ein- und Auslass eintreten und durch den zweiten Ein- und Auslass (in Richtung auf einen ersten Vorsteueranschluss des nachge- schalteten Hauptventils) austreten kann, und einen zweiten Vorsteuerbe- triebsmodus, bei welchem das Vorsteuerfluid (wiederum von einer geeig- neten externen Volumenquelle) durch den zweiten Ein- und Auslass ein- treten und durch den ersten Ein- und Auslass (zu einem zweiten Vorsteu- eranschluss des nachgeschalteten Hauptventils) austreten kann. Damit lässt sich also, je nach Betriebsmodus und Durchströmungsrichtung durch das Vorsteuerfluidgehäuse, das mit dem ersten sowie mit dem zweiten Ein- und Auslass verbundene Hauptventil in zwei Richtungen (bidirektio nal) steuern, mithin also die gewünschten komplexen Steueraufgaben (für ein dann vom Hauptventil in ansonsten bekannter Weise zu steuerndes bzw. zu schaltendes Nutzfluid) realisieren.
Um diese im Ergebnis effiziente und konstruktiv elegante Vorsteuerventil- realisierung zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, einen jeweiligen Ein- und Auslass mit einer Rückschlagventilfunktionalität zu ver- sehen, insbesondere um zu gewährleisten, dass es, bei einem jeweiligen der zwei Vorsteuerbetriebsmodi und einer damit verbundenen Richtung einer Vorsteuerfluiddurchströmung durch das Vorsteuerventilgehäuse, nicht zu einer unbeabsichtigten Rück- bzw. Gegenströmung kommt. Dabei ist es sowohl von der Erfindung umfasst, das (für das Schalten des eigentlichen Nutzfluids vorgesehene) Hauptventil, welches in der beschrie- benen erfindungsgemäßen Weise vorgesteuert wird und entsprechend mit dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass verbunden ist, separat (und etwa durch geeignete Fluid-Druckleitungen verbunden) vom Vorsteu- erventilgehäuse vorzusehen, alternativ eine mechanisch integrierte Lö- sung vorzusehen, etwa dadurch, dass ein geeignet ausgebildetes Haupt- ventilgehäuse (mechanisch) unmittelbar am Vorsteuerventilgehäuse (unter Ausbildung entsprechender Vorsteuerfluid-Strömungskanäle) festgelegt ist oder gar in ein gemeinsames Gehäuse integriert ist.
Im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung ist es dabei zu- nächst vorgesehen, mindestens einen der Ein- und Auslässe, bevorzugt beide, mit (weiter bevorzugt mechanisch wirkenden) Rückschlagventilmit- teln so zu versehen, dass ein von den Rückschlagventilmitteln ausgebilde- ter, auf den Ein- bzw. Auslass gerichteter Rückschlagventildruckraum mit einem Durchbruch versehen ist, durch welchen von extern des Vorsteuer- ventilgehäuses eintretendes Vorsteuerfluid (von der Vorsteuerfluidvolu- menquelle) zu einem mit den Vorsteuerventilschiebermitteln zusammen- wirkenden Steuerventilsitz gelangen kann, sodass im Zusammenwirken zwischen Schieber und Sitz ein jeweils elektromagnetisch einzustellender Flussquerschnitt realisiert ist. Gleichzeitig verhindert die Rückschlagfunk- tionalität der Rückschlagventilmittel, etwa ein ansonsten bekannter feder- kraftbeaufschlagter Rückschlagventil-Dichtkörper, dass das eintretende Steuerfluid unbeabsichtigt wiederum aus dem jeweils betreffenden Ein- und Auslass austreten kann.
In mechanisch besonders einfach zu realisierender und betriebssicherer Weise ist weiter bevorzugt und weiterbildungsgemäß dieser Durchbruch, etwa in Form einer Querbohrung oder dergleichen, in einem Mantelbe- reich der bevorzugt kapsel- oder hülsenartig ausgebildeten Rückschlag- ventilmittel realisiert. Auch ist es weiterbildungsgemäß bzw. alternativ vor- gesehen, dass die Rückschlagventilfunktionalität reallisierende Rück- schlagventilmittel einen insbesondere federnd und/oder elastisch vorge- spannten, weiter bevorzugt planen Dichtflächenabschnitt ausbilden, der zum für das Vorsteuerfluid dichtenden oder flussquerschnittsverändernden Zusammenwirken mit einem Durchbruch im Vorsteuerventilgehäuse aus- gebildet ist.
Während es, nicht zuletzt aufgrund einer konstruktiv einfachen und be- triebssicheren Realisierbarkeit, bevorzugt ist, die erfindungsgemäßen Rückschlagventilmittel etwa in der beschriebenen Weise mechanisch aus- zugestalten, ist es gleichwohl möglich, einem oder beiden Ein- und Aus- lässen elektromagnetisch betätigte Rückschlagventile zuzuordnen, wobei in dieser Variante dann geeignet konfigurierte zusätzliche Aktuatoren die beschriebene Rückschlagventilfunktionalität realisieren.
Im Rahmen besonders bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung ist es weiterbildungsgemäß vorgesehen, das nachgeschaltete Hauptventil so auszugestalten, dass durch Wirkung des Vorsteuerfluids, je nach Vorsteu- erbetriebsmodus, eine von zwei (Ventil-Schieber-) Bewegungsrichtungen entlang einer axialen Richtung gesteuert werden kann, entsprechend eine bidirektionale Ansteuerung des Hauptventils realisierbar ist. Zu diesem Zweck ist es ergänzend vorteilhaft vorgesehen und bevorzugt, das jeweils aus dem ersten bzw. zweiten Ein- und Auslass in Richtung auf das Haupt- ventil austretende Vorsteuerfluid auf jeweilige Wirkflächen (z.B. endseitige Wirkflächen bzw. Stirnseiten) eines bidirektional in einem Hauptventilge- häuse bewegbaren Hauptventilschiebers zu bringen, wobei hier prinzipiell beliebige mechanische Ausgestaltungen und Konfigurationen denkbar sind. Auch sieht eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, die Vorsteuerventilschiebermittel im Vorsteuerventilgehäuse, insbesonde- re und weiter bevorzugt gegen eine Stell- bzw. Vorspannkraft geeignet eingerichteter mechanischer Kraftspeichermittel (z.B. Federn), so einzu- richten, dass im unbestromten Zustand der Aktuatormittel eine definierte Stell- und damit Öffnungs- bzw. Schließposition der Vorsteuerventilschie- bermittel für das damit gesteuerte Vorsteuerfluid erreichbar ist. Während es hierzu denkbar und möglich ist, etwa mittels einer geeigneten Zug- oder Druckfeder, eine einen Vorsteuerfluidflussquerschnitt verschließende stromlose Stellposition zu realisieren, ist es gleichwohl möglich und denk- bar (etwa durch eine Mehrzahl von geeignet in ihrer Kraft- und Rückstell- wirkung eingerichteten und auf die Ventilschiebermittel wirkenden Fe- dern), eine stromlos stabile Stellposition einzurichten, bei welcher ein vor- bestimmter (Mindest-)Vorsteuerfluidfluss ermöglicht ist. Eine derartige Va- riante erscheint insbesondere bei Anwendungen nützlich und sinnvoll, die in einem unbestromten Zustand (etwa auch einer Situation eines Strom- ausfalls oder dergleichen Störsituation) eine Mindestfunktionalität durch einen ermöglichten Vorsteuerfluid-Mindestfluss sicherstellen müssen.
Ergänzend oder alternativ ist die vorbestimmte Öffnungs- bzw. Ver- schlussposition, die den vorbestimmten Vorsteuerflussquerschnitt reali- siert, als Reaktion auf einen ersten Steuerstrom für die Aktormittel zu ei- nem gegenüber dem vorbestimmten Vorsteuerflussquerschnitt verkleiner- ten Vorsteuerflussquerschnitt und als Reaktion auf einen vom ersten Steu- erstrom verschiedenen zweiten Steuerstrom zu einem gegenüber dem vorbestimmten Vorsteuerflussquerschnitt vergrößerten Vorsteuerfluss- querschnitt veränderbar.
Damit eignet sich die vorliegende Erfindung in konstruktiv einfacher, ele- ganter und betriebssicherer Weise insbesondere für die Realisierung ei- nes vorgesteuerten Proportionalventils für die Fahrwerks- und/oder Dämp- fersteuerung in einem Kraftfahrzeugkontext, wo weiter bevorzugt durch die vorteilhafte bidirektionale Vorsteuerung und Ansteuerung eines Hauptven- tils sowohl Zug- als auch Druckstufe derartiger Fahrwerks- bzw. Dämpfer- baugruppen geeignet ansteuer- und stellbar sind, die vorliegende Erfin- düng ist jedoch nicht auf eine derartige Verwendung beschränkt. Vielmehr eignet sich die vorliegende Erfindung für jegliche Realisierungsformen ei- nes elektromagnetisch und vorgesteuert betätigten Proportionalventils, bei welchen eine komplexe Ventilsteuerung mit konstruktiver Einfachheit ins- besondere in der Pilotstufe bzw. dem Vorsteuerventil bei hoher Betriebssi- cherheit und günstiger Eignung für belastete Anwendungsumgebungen kombiniert werden soll.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren; diese zeigen in
Fig. 1 ein Fluidschaltbild zur Verdeutlichung eines bevorzugten Ein- satzkontextes und zur Verwendung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen vorgesteuert betätigten Proportionalventils im Rahmen eines Kraftfahrzeug-Dämpfungsverstellsystems mit gemeinsam durch das Proportionalventil betätigter Zug- sowie Druckstufe;
Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht durch das Vorsteuer- ventilgehäuse mit den elektromagnetisch wirkenden Aktuator- mitteln sowie dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass für das Vorsteuerfluid als Komponente im Rahmen des Schaltbilds im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ; und Fig. 3 eine längsschnittliche Schemaansicht zur Realisierung des Hauptventils als Komponente des Fluid-Schaltbilds bzw. des Ausführungsbeispiels der Fig. 1.
Das schematische Fluidschaltbild gemäß Fig. 1 illustriert den bevorzugten Verwendungs- und Einbaukontext der vorliegenden Erfindung und ver- deutlicht gleichermaßen das Realisierungs- und Wirkungsprinzip des elek- tromagnetisch und vorgesteuert betätigten Proportionalventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Eine (elektromagnetisch betätigte) Pilotstufe, verdeutlicht durch die Um- rahmung 10 (Fig. 2) steuert ein Hauptventil 12 mit einem Vorsteuerfluid, welches aus einer Volumenstromquelle 14 bezogen wird.
Das Hauptventil 12 (konstruktiv realisiert etwa wie in Fig. 3 gezeigt, s.u.) steuert in nicht näher im Detail gezeigter Weise durch bidirektionale Bewe- gung eine Zug- sowie eine Druckstufe eines verbundenen Kraftfahrzeug- Dämpfersystems mit einem Nutzfluid.
Das schematische Fluidschaltbild gemäß Fig. 1 verdeutlicht in Form der gezeigten Zweige (oben bzw. unten), wie Vorsteuerfluid der Quelle 14 bi- direktional durch ein Ventilgehäuse 16 (Fig. 2) des Vorsteuerventils 10 fließen kann. Ein erster, stirn- bzw. bodenseitig am Ventilgehäuse 16 vor- gesehener Ein- und Auslass 18 für Vorsteuerfluid ist mit einem hülsenarti- gen Rückschlagventil 20 versehen, in dessen Mantelbereich ein Durch- bruch 22 für (bodenseitig) in die Hülse 20 eintretendes Vorsteuerfluid ein- gebracht ist.
Gleichermaßen ist ein zweiter Ein- und Auslass 24, in der Längsschnittan- sicht der Fig. 2 mantelseitig im Vorsteuerventilgehäuse 16 vorgesehen, mit einem zweiten hülsenartigen Rückschlagventil 26 versehen, in dessen Seitenwand (Mantelfläche) ein weiterer Durchbruch 28 eingebracht ist. Auch dieser ermöglicht, in den zweiten Ein- bzw. Auslass 24 eintretendes Vorsteuerfluid bis zu einem elektromagnetisch gesteuerten Vorsteuerfluid- Durchlassquerschnitt zu leiten, welcher aus einem Zusammenwirken zwi- schen einem Vorsteuerfluidventilschieber 30 und einem zugehörigen Vor- steuerfluidventilsitz 32 ausgebildet ist.
Genauer gesagt wirkt der Vorsteuerventilschieber 30 (Vorsteuerventil- schiebermittel) zusammen mit elektromagnetisch durch Bestromung einer stationären Spuleneinheit 34 bewegten Ankermitteln 36, welche, als Reak- tion auf eine Bestromung, die Vorsteuerventilschiebermittel 30 gegen eine Rückstellkraft von Federmitteln 38 von ihrer in Fig. 2 gezeigten Ver- schlussstellung am Ventilsitz 32 abheben und einen Fluidfluss zwischen den Ein- und Auslässen 18 und 24 freilegen; eine jeweilige Öffnungsweite (Flussquerschnitt für das Vorsteuerfluid) wird dabei bestimmt durch einen jeweils gesteuerten Stromfluss in den Spulenmittel 34, und die Federmittel 38 bewirken den in Fig. 2 gezeigten Verschluss des Strömungsquer- schnitts im unbestromten Zustand (insoweit entsprechend auch einer Fail- Safe-Position).
Die jeweils an den Ein- und Auslässen 18, 24 vorgesehenen, mit Durch- brüchen 22 bzw. 28 versehenen Rückschlagventile 20, 26 ermöglichen es vorteilhaft, dass das im Zusammenhang mit Fig. 2 schematisch gezeigte Vorsteuerventilgehäuse bidirektional bzw. mit einander entgegengesetzten Fluidströmungsrichtungen vom Vorsteuerfluid der Volumenquelle 14, je nach Vorsteuerbetriebsmodus, durchflossen werden kann: So ist es einer- seits ermöglicht, in den Boden der Ventilhülse 20 eintretendes Fluid durch den Durchbruch 22, den zwischen den Baugruppen 30, 32 gebildeten (und im Bestromungszustand geöffneten) Vorsteuerventilquerschnitt bis zum Auslass 24 zu führen, an welchem das in den Ventilkörper 16 eingetretene Fluid, gegen die Rückstell-Sperrwirkung des Sperrkörpers im Rückschlag- ventil 26, austritt. Dieses Vorsteuerfluid könnte dann etwa durch eine ge- eignete (und in den Figuren nicht gezeigte) Druckleitung in einen ersten Vorsteuerfluideinlass 40 eines Hauptventilgehäuses 42 eintreten und dort, durch Angriff an eine erste Stirnfläche 44, einen Hauptventilschieber 46 betätigen, welcher dann eine (nicht im Detail gezeigte) Nutzfluidkommuni- kation zwischen einem Nutzfluideinlass NE im Gehäuse 42 und einem von zwei Nutzfluidauslässen NA1 , NA2 herstellt. Diese wiederum können, in ansonsten bekannter Weise, zur Zug- und Druckstufensteuerung der nachgeschalteten Fahrzeug-Dämpfungskomponente mit dem Nutzfluid dienen.
Gleichermaßen gestattet das im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterte Vor- steuerprinzip auch das Durchströmen des Vorsteuerventilgehäuses 16 mit dem Vorsteuerfluid in Gegenrichtung: Durch den Einlass 24 eintretendes Fluid fließt durch den Durchbruch 28 im Rückschlagventil 26 über den (ge- öffneten) Flussquerschnitt im Übergang zwischen Vorsteuerventilschieber 30 und Ventilsitz 32 bis zum Auslass 18 mit dem zugeordneten bodenseiti- gen Rückschlagventil 20 und kann etwa, siehe Fig. 3, in einen zweiten (linksseitigen) Vorsteuereinlass 48 in das Hauptventilgehäuse 42 eintre- ten, um dort auf eine zweite (linksseitige) Wirkfläche 50 des Hauptventil- schiebers stellend zu wirken, in diesem weiteren Betriebsmodus dann ent- gegen der Wirkrichtung, welche im vorbeschriebenen Vorsteuerbetriebs- modus durch den Auslass 24 (rechtsseitig in der Fig. 3) in das Hauptventil eingebracht wurde.
Die beschriebene Ausführungsform des elektromagnetisch und vorgesteu- ert betätigten Proportionalventils mit Vorsteuerung (Fig. 2) und Hauptventil (Fig. 3) ist als rein exemplarisch, schematisch und nicht beschränkend zu verstehen, dient vielmehr dazu, die bidirektionale Durchströmung des Vor- steuerventilgehäuses mit den dadurch erreichten Vorteilen zu illustrieren. Sowohl das Vorsteuerventil, als auch das Hauptventil lassen sich auf na- hezu beliebige andere Art und Weise realisieren, wobei weder die Ausge- staltung der Pilotstufe mit zwei rein mechanischen Rückschlagventilen be- schränkend ist (hier lassen sich auch andere Prinzipien, etwa auch eine elektromagnetische Rückschlagsteuerung, einsetzen), noch die im Aus- führungsbeispiel gezeigte Vorsteuerfunktionalität etwa auf die stromlos stabile Verschlussposition beschränkt ist.
Damit eignet sich die vorliegende Erfindung, wie auch durch das Ausfüh- rungsbeispiel illustriert, zwar in herausragender Weise zur Realisierung einer komplexen Dämpfer- bzw. Fahrwerkskomponentensteuerung für Zug- und Druckstufe, ist jedoch nicht auf diese bevorzugte Verwendung beschränkt.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetisch und vorgesteuert betätigtes Proportionalventil mit als Reaktion auf eine Bestromung von elektromagnetisch wirkenden Aktuatormitteln (36) in einem Vorsteuerventilgehäuse (16) bewegba- ren Vorsteuerventilschiebermitteln (30) zum Öffnen und Schließen ei- nes ersten (18) und eines zweiten (24), jeweils im Vorsteuerventilge- häuse ausgebildeten Ein- und Auslasses für ein Vorsteuerfluid, wobei dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass ein durch das Vorsteuerfluid betätigbares Hauptventil (12) nachgeschaltet oder nachschaltbar vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Vorsteuerventilgehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Ein- und Auslass bidirektional von dem Vorsteuerfluid so durchström- bar ausgebildet ist,
dass in einem ersten Vorsteuerbetriebsmodus das Vorsteuerfluid durch den ersten Ein- und Auslass eintreten und durch den zweiten Ein- und Auslass mit einer Rückschlagventilfunktionalität (26) austre- ten kann
und in einem zweiten Vorsteuerbetriebsmodus das Vorsteuerfluid durch den zweiten Ein- und Auslass eintreten und durch den ersten Ein- und Auslass mit einer Rückschlagventilfunktionalität (20) austre- ten kann,
wobei das nachgeschaltete Hauptventil durch den ersten und den zweiten Vorsteuerbetriebsmodus in verschiedene Hauptventilbe- triebsmodi gesteuert werden kann.
2. Proportionalventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Ein- und Auslass Rückschlagventilmit- tel (20;26) so zugeordnet aufweist, dass ein ein- bzw. auslassseitiger Rückschlagventildruckraum der Rückschlagventilmittel einen Durch- bruch (22;28) ausbildet, durch welchen ein mit den Vorsteuerventil- schiebermitteln (30) zusammenwirkender Vorsteuerventilsitz (32) mit eintretendem Vorsteuerfluid von einer Volumenstromquelle (14) in Wirkverbindung steht.
3. Proportionalventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch in einem Mantelbereich der bevorzugt kapsel- und/oder hülsenartig ausgebildeten Rückschlagventilmittel ausgebil- det ist.
4. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Rückschlagventilfunktionalität realisierende Rückschlagventilmittel einen insbesondere federnd und/oder elas- tisch vorgespannten, weiter bevorzugt planen Dichtflächenabschnitt ausbilden, der zum für das Vorsteuerfluid dichtenden oder flussquer- schnittsverändernden Zusammenwirken mit einem Durchbruch im Vorsteuerventilgehäuse ausgebildet ist.
5. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass das nachgeschaltete oder nachschaltbare Haupt- ventil durch das aus dem ersten Ein- und Auslass im ersten Vorsteu- erbetriebsmodus und durch das aus dem zweiten Ein- und Auslass im zweiten Vorsteuerbetriebsmodus austretende Vorsteuerfluid axial und/oder bidirektional vorgesteuert wird.
6. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Ventilgehäuse (42) des Hauptventils am Vor- steuerventilgehäuse ansitzt und/oder in dieses integriert ausgebildet ist.
7. Proportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Ventilschiebermittel (30) in einem unbestrom- ten Zustand der Aktuatormittel in eine vorbestimmte Öffnungs- bzw. Verschlussposition für das Vorsteuerfluid im Vorsteuerventilgehäuse vorgespannt sind, insbesondere durch eine rückstellende Kraft me- chanischer Kraftspeichermittel (38).
8. Proportionalventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Öffnungs- bzw. Verschlussposition einen vorbe- stimmten Vorsteuerflussquerschnitt realisiert, der als Reaktion auf einen ersten Steuerstrom für die Aktormittel zu einem gegenüber dem vorbestimmten Vorsteuerflussquerschnitt verkleinerten Vorsteu- erflussquerschnitt und als Reaktion auf einen vom ersten Steuer- strom verschiedenen zweiten Steuerstrom zu einem gegenüber dem vorbestimmten Vorsteuerflussquerschnitt vergrößerten Vorsteuer- flussquerschnitt veränderbar ist.
9. Verwendung des elektromagnetisch und vorgesteuert betätigten Pro- portionalventils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Fahrwerks- und/oder Dämpfersteuerung eines Kraftfahrzeugs.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das Vorsteuerfluid im ersten und im zweiten Vorsteuerbetriebs- modus axial und bidirektional vorgesteuerte Hauptventil eine Druck- sowie eine Zugstufe einer Fahrwerks- bzw. Dämpferbaugruppe des Kraftfahrzeugs steuert.
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