DE102006016473A1

DE102006016473A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE102006016473A1
Application number: DE102006016473A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth; Axel Nieder-Vahrenholz; Jan Hoffmann
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, das eine elektrisch betätigbare Vorsteuerstufe (10) und eine Regelstufe aufweist, wobei die Regelstufe einen mit einer Blende (7) versehenen Regelkolben (2) aufweist, der an seinem von der Vorsteuerstufe (10) abgewandten Ende stirnseitig zwei Kolbendichtflächen (13, 14) aufweist, die in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Vorsteuerstufe (10) entweder an zwei im Bereich der Stirnfläche (3) des Gehäuses (1) angeordneten Dichtsitzen (15, 16) druckmitteldicht anliegen oder von den Dichtsitzen (15, 16) abgehoben sind, um entweder einen Ventileinlass (5) von einem Ventilauslass (17) zu trennen oder den Ventileinlass (5) mit dem Ventilauslass (17) zu verbinden, sowie mit einer zwischen dem Regelkolben (2) und der Vorsteuerstufe (10) angeordneten Druckfeder (8) zur Positionierung des Regelkolbens (2) in seiner Grundstellung, wobei erfindunsgemäß zwischen der zweiten Kolbendichtfläche (14) und dem zweiten Dichtsitz (16) ein elastisches Element (6) angeordnet ist, das der Druckfeder (8) entgegenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Druckregelventil, insbesondere zur variablen Verstellung der Dämpferkennlinie eines Schwingungsdämpfers, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US 6,311,812 B1 ist bereits ein Druckregelventil der angegebenen Art zur Verwendung für einen Stoßdämpfer bekannt, dessen Regelkolben abhängig von der elektromagnetischen Erregung eines Vorsteuerventils seine beiden Dichtsitze im Gehäuse freigibt oder verschlossen hält. Zur Realisierung der gewünschten Dämpferkennlinie bedarf es besonderer geometrischer Maßnahmen im Bereich der Dichtsitze, wodurch die gewünschte Öffnungs-, Schließ- und Regelcharakteristik des Ventils zustande kommt.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Druckregelventil der angegebenen Art mit möglichst geringem technischem Aufwand derart zu gestalten, dass unter Verwendung einfacher, funktionssicherer Mittel eine präzise, bei Bedarf überdies auch durch eine möglichst einfache Maßnahme beliebig einstellbare Öffnungs-, Schließ- und Regelcharakteristik zustande kommt.

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.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Druckregelventil,
2 eine Druck-/Volumenkennlinie für das Druckregelventil nach 1.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung im Längsschnitt ein Druckregelventil, das besonders zur variablen Verstellung der Dämpferkennlinie eines Schwingungsdämpfers, insbesondere für einen mit der Radaufhängung eines Fahrzeugs verbundenen Stoßdämpfer geeignet ist.
Das Druckregelventil weist in einem vorzugsweise rohrförmigen Gehäuse 1 eine elektrisch betätigbare Vorsteuerstufe 10 und eine Regelstufe auf. Die Regelstufe nimmt einen mit einer Blende 7 versehenen Regelkolben 2 auf, der an seinem von der Vorsteuerstufe 10 abgewandten Kolbenende stirnseitig zwei Kolbendichtflächen 13, 14 aufweist. Die beiden Kolbenstirnflächen 13, 14 liegen in Abhängigkeit von der elektrischen Aktivierung der Vorsteuerstufe 10 entweder an zwei im Bereich der Stirnfläche 3 des Gehäuses 1 angeordnete Dichtsitze 15, 16 druckmitteldicht an oder sind teilweise oder ganz von einem oder von den beiden Dichtsitzen 15, 16 abgehoben, um entweder den Ventileinlass 5 vom Ventilauslass 17 zu trennen oder den Ventileinlass 5 mit dem Ventilauslass 17 zu verbinden. Zur Positionierung des Regelkolbens 2 in seiner abgebildeten Grundstellung, befindet sich zwischen dem Regelkolben 2 und der Vorsteuerstufe 10 eine Druckfeder 8, die vorzugsweise einen linearen Kennlinienverlauf aufweist, weshalb bevorzugt eine Schraubenfeder verwendet wird. Infol ge der Ausführung des Regelkolbens 2 als Hohlkolben lässt sich die Druckfeder 8 über die Mehrzahl der Federwindungen innerhalb des Regelkolbens 2 aufnehmen. Die Druckfeder 8 ist hierdurch zwischen der Vorsteuerstufe 10 und dem Kolbenboden des Regelkolbens 2 besonders klein bauend integriert. Der Regelkolben 2 ist mit geringer Spielpassung innerhalb des Gehäuses 1 translatorisch geführt und bevorzugt metallisch im Gehäuse 1 gedichtet.
Damit sich die gewünschte Durchflusscharakteristik des Druckregelventils unter Einhaltung möglichst einfacher technischer Maßnahmen besonders präzise einstellen lässt, sieht die Erfindung vor, dass zwischen der zweiten Kolbendichtfläche 14 und dem zweiten Dichtsitz 16 ein leicht auswechselbares elastisches Element 6 mit definierter Kraft- /Wegkennlinie angeordnet ist, das der Druckfeder 8 entgegen wirkt.
Hierzu ist das Element 6 als eine federelastische Scheibe 6 ausgebildet, die stromabwärts zum Ventileinlass 5 an der Innenseite der Stirnfläche 3 des Gehäuses 1 austauschbar fixiert ist, wobei das Element 6 zur Realisierung der in 2 gezeigten Durchflusskennlinie vorzugsweise eine für Tellerfedern typische progressive Kennliniencharakteristik hat. Das Element 6 ist mittels eines hülsenförmigen Halteteils 9 an der Stirnfläche 3 des Gehäuses 1 befestigt, das zur vereinfachten Montage in den Ventileinlass 5 eingepresst ist. Das Element 6 ist zwischen einem Bund des Hülsenteils 9 und einem Vorsprung des Ventileinlasses 5 eingeklemmt.
In der abbildungsgemäßen Stellung des Regelkolbens 2 liegt dicht auf dem Außenumfang des Elements 6 die zweite Kolbendichtfläche 14 an, die konstruktiv besonders einfach als ringförmige Dichtkante an einer Kolbenstufe des Regelkolbens 2 ausgeführt ist. Die Kolbenstufe ist innerhalb des Regelkolbens versenkt zwischen dem unteren Stirnbereich des Regelkolbens 2 und dem im Regelkolben 2 ausgebildeten Kolbenboden angeordnet, so dass im Bereich der zweiten Kolbendichtfläche 14 ein hinreichend großer Raum zur Aufnahme des Elements 6 verbleibt.
Die erste Kolbendichtfläche 14 ist durch den Stirnbereich des Regelkolbens 2 gebildet, der in der Grundstellung unter der Wirkung der Druckfeder 8 an der Stirnfläche 3 des Gehäuses 1 dichtend anliegt, wodurch abbildungsgemäß in der Ventilgrundstellung der Ventilauslass 17 vom Ventileinlass 5 getrennt ist.
Die als ringförmige Dichtkante ausgebildete zweite Kolbendichtfläche 14 weist infolge der Kolbenstufe einen geringeren Durchmesser D2 auf als die erste Kolbendichtfläche 13, deren Ringfläche durch den Außendurchmesser D3 des Regelkolbens 2 und den durch das Maß der Kolbenstufe bestimmten Innendurchmesser D1 begrenzt ist, der somit zwischen den Abmessungen der beiden Durchmesser D3, D2 gelegen ist.
Das Element 6 ist innerhalb seiner Stirnfläche mit mindestens einer Öffnung 4 versehen, über die eine Druckmittelverbindung zwischen dem Ventileinlass 5 und dem Ventilauslass 17 gewährleistet ist, wenn die erste Kolbendichtfläche 13 vom ersten Dichtsitz 15 abgehoben ist, aber die zweite Kolbendichtfläche 14 noch am zweiten Dichtsitz 16 verharrt.
In einer Stellung des Regelkolbens 2, in der sowohl die erste Kolbenstirnfläche 13 am ersten Dichtsitz 15 als auch die zweite Kolbenstirnfläche 14 am zweiten Dichtsitz 16 verharrt, gewährleisten unterhalb des Kolbenbodens 19 die Öffnungen 4 eine gleichmäßige Druckverteilung des am Ventilein lass 5 anstehenden Druckmittels bis zur dichtend am ersten Dichtsitz 15 anliegenden ersten Kolbendichtfläche 13.
Ferner besteht zwischen dem Ventilauslass 17 und der Vorsteuerstufe 10 eine Druckmittelverbindung 12 im Gehäuse 1, die außerhalb des Regelkolbens 2 zu einem elektromagnetisch betätigbaren Ventilschließglied 11 führt, das innerhalb der Vorsteuerstufe 10 angeordnet ist. Ist das Ventilschließglied 11 von seinem Ventilsitz im Gehäuse 1 abgehoben, so lässt sich -wie anschließend noch detailliert ausgeführt wird- mit Hilfe der Druckmittelverbindung 12 über die Blende 7 im Kolbenboden 18 der Ventileinlass 5 mit dem Ventilauslass 17 verbinden.
Funktionsweise des Druckregelventils:
Aus der 1 ist ersichtlich, dass die Druckmittelverbindung 12 bei geschlossenem Ventilschließglied 11, d.h. bei voll erregtem Proportionalmagneten 18, unterbrochen ist. Es gibt daher keinen Durchfluss zwischen dem Ventileinlass 5 und dem Ventilauslass 17 über die Vorsteuerstufe 10 und damit auch keinen Druckabfall über die Blende 7 im Regelkolben 2. Hierdurch wirkt der am Ventileinlass 5 anstehende Eingangsdruck zu beiden Stirnseiten des Regelkolbens 2, und zwar infolge der Öffnungen 4 im Element 6 auf der abbildungsgemäßen Unterseite des Regelkolbens 2 über den Durchmesser D1 und somit tendenziell in Öffnungsrichtung des Regelkolbens 2, jedoch in Schließrichtung über die Blende 7 auf den gegenüber dem Durchmesser D1 größeren Durchmesser D3 des Regelkolbens 2, wodurch infolge der nach unten gerichteten hydraulischen Kraftresultierenden der Regelkolben 2 in der abgebildeten Stellung an der Stirnfläche 3 verharrt. Zusätzlich unterstützt die Vorspannung der Druckfeder 8 die hydraulische Kraftresultierende, während entgegengesetzt zur Druckfeder 8 in Öffnungsrichtung die vergleichsweise kleinere Kraft des als Tellerfeder ausgeführten Elements 6 wirkt.
Wird das Ventilschließglied 11 durch die Verringerung der elektromagnetischen Erregung des Proportionalmagneten 18 allmählich geöffnet, so entweicht der auf der Oberseite des Regelkolbens 2 anstehende Hydraulikdruck über die Druckmittelverbindung 12 zum Ventilauslass 17, wodurch sich der auf der Oberseite des Regelkolbens 2 wirksame Druck gegenüber dem an der Unterseite des Regelkolbens 2 anstehende Eingangsdruck verringert. Folglich nimmt die Summe der in Schließrichtung am Regelkolben 2 wirksamen Kräfte (Summenkraft aus Druckfederkraft und Hydraulikkraft am Durchmesser D3) ab, bis die in Schließrichtung wirksamen Kräfte die Summe der Kräfte in Öffnungsrichtung (Eingangsdruck auf dem Durchmesser D1 plus Kraft des Elements 6) unterschreitet. Zwangsläufig beginnt der Regelkolben 2 vom ersten Dichtsitz 15 abzuheben.
In der 2 ist der hydraulische Eingangsdruck als Versatz des Ursprungspunktes auf der Ordinaten (Druckachse p) zu erkennen, bei dem das Abheben des Regelkolbens 2 vom ersten Dichtsitz 15 einsetzt und damit die Regelstufe gerade den Durchlass zum Ventilauslass 17 öffnet.
Hierbei verharrt zunächst die Kolbendichtfläche 14 am Durchmesser D2 aufgrund der elastischen Wirkung des als Tellerfeder ausgebildeten Elements 6 an dessem Dichtsitz 16, sodass ausschließlich über die Öffnungen 4 eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Ventileinlass 5 und dem Ventilauslass 17 besteht. An den Öffnungen 4 der Tellerfeder (E lement 6) findet ein deutlicher Druckabfall statt, gegenüber dem der Druckabfall am geöffneten, großen ersten Dichtsitz 15 mit zunehmendem Kolbenhub immer weiter vernachlässigbar ist. Der Eingangsdruck wirkt daher im Wesentlichen entlang dem Durchmesser D2 bis zur Kolbendichtfläche 14. Stromabwärts der Kolbendichtfläche 14 stellt sich annähernd ein Druckausgleich ein.
Mit weiterer Reduzierung der Erregung des Proportionalmagneten 18 vergrößert sich der Abstand des Ventilschließgliedes 11 zu seinem Ventilsitz, wodurch auch der Pilotdruck des Vorsteuerventils weiter sinkt. Hierdurch nimmt über die Blende 7 die am Regelkolben 2 wirksame hydraulische Druckdifferenz weiter zu; bei steigendem Volumenstrom steigt die Druckdifferenz über der Tellerfeder (Element 6). In beiden Fällen wird der Regelkolben 2 weiter angehoben, bis die zweite Kolbendichtfläche 14 den Dichtsitz 16 an der Tellerfeder (Element 6) freigibt.
Die 2 zeigt die unter dem Einfluss des Elements 6 hervorgerufene große Steigung der Druck-/Volumenstromkennlinie (p-/Q-Kennlinie) bei geringen Durchflusswerten und geringem Hub des Regelkolbens 2 infolge des relativ kleinen hydraulisch beaufschlagten Flächenverhältnis (D3/D1)². Mit zunehmendem Hub des Regelkolbens 2 und damit steigendem hydraulischem Durchfluss wächst das wirksame Flächenverhältnis in Richtung (D3/D2)² bei gleichzeitiger Vernachlässigung der Wirkung des Elements 6, was zwangsläufig zu einer Abflachung der Kennlinie führt.

1: Gehäuse
2: Regelkolben
3: Stirnfläche
4: Öffnung
5: Ventileinlass
6: Element
7: Blende
8: Druckfeder
9: Halteteil
10: Vorsteuerstufe
11: Ventilschließglied
12: Druckmittelverbindung
13: Dichtfläche
14: Dichtfläche
15: Dichtsitz
16: Dichtsitz
17: Ventilauslass
18: Proportionalmagnet
19: Kolbenboden

Claims

Druckregelventil, insbesondere zur variablen Verstellung der Dämpferkennlinie eines Schwingungsdämpfers, das in einem Gehäuse eine elektrisch betätigbare Vorsteuerstufe und eine Regelstufe aufweist, wobei die Regelstufe einen mit einer Blende versehenen Regelkolben aufweist, der an seinem von der Vorsteuerstufe abgewandten Ende stirnseitig zwei Kolbendichtflächen aufweist, die in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Vorsteuerstufe entweder an zwei im Bereich der Stirnfläche des Gehäuses angeordneten Dichtsitzen druckmitteldicht anliegen oder von den Dichtsitzen abgehoben sind, um entweder einen Ventileinlass von einem Ventilauslass zu trennen oder den Ventileinlass mit dem Ventilauslass zu verbinden, sowie mit einer zwischen dem Regelkolben und der Vorsteuerstufe angeordneten Druckfeder zur Positionierung des Regelkolbens in seiner Grundstellung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Kolbendichtfläche (14) und dem zweiten Dichtsitz (16) ein elastisches Element (6) mit definiertem Kraft-/Wegverhalten angeordnet ist, das der Druckfeder (8) entgegen wirkt.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolbendichtfläche (14) als ringförmige Dichtkante an einer Kolbenstufe des Regelkolbens (2) ausgeführt ist, die am Außenumfang des Elements (6) dichtend anliegt.
Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (6) als eine federelastische Scheibe (6) ausgebildet ist, die stromabwärts zum Ventileinlass (5) an der Stirnfläche (3) des Gehäuses (1) fixiert ist.
Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kolbendichtfläche (14) durch den Stirnbereich des Regelkolbens (2) gebildet ist, der in seiner Grundstellung unter der Wirkung der Druckfeder (8) an der Stirnfläche (3) des Gehäuses (1) dichtend anliegt, wodurch der Ventilauslass (17) vom Ventileinlass (5) getrennt ist.
Druckregelventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als ringförmige Dichtkante ausgebildete zweite Kolbendichtfläche (14) einen geringeren Durchmesser (D2) aufweist als die erste Kolbendichtfläche (14).
Druckregelventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (6) mit mindestens einer Öffnung (4) versehen ist, über die eine Hydraulikverbindung zwischen dem Ventileinlass (5) zum Ventilauslass (17) hergestellt ist, wenn die erste Kolbendichtfläche (13) vom ersten Dichtsitz (15) abgehoben ist, während die zweite Kolbendichtfläche (14) am zweiten Dichtsitz (16) verharrt.
Druckregelventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung des Regelkolbens (2), in der die erste Kolbenstirnfläche (13) am ersten Dichtsitz (15) und die zweite Kolbenstirnfläche (14) am zweiten Dichtsitz (16) verharrt, über die Öffnungen (4) eine Hydraulikverbindung des Ventileinlasses (5) bis zur dichtend am ersten Dicht sitz (15) anliegenden ersten Kolbendichtfläche (13) besteht.
Druckregelventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilauslass (17) und der Vorsteuerstufe (10) im Gehäuse (1) eine Druckmittelverbindung (12) besteht, die über ein elektromagnetisch betätigbares Ventilschließglied (11) der Vorsteuerstufe (10) und über die Blende (7) im Regelkolben (2) mit dem Ventileinlass (5) verbindbar ist.
Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (6) als Ringscheibe ausgeführt ist, die an ihrem Innenumfang mittels eines Halteteils (9) auswechselbar an der Stirnfläche (3) des Gehäuses (1) fixiert ist.
Ventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (6) eine vorzugsweise progressive Federkennlinie hoher Steifigkeit aufweist, die der mit einem vorzugsweise linearen Federkennlinieverlauf versehenen Druckfeder (8) entgegen wirkt, die eine geringe Federsteifigkeit aufweist.