DE102019119409B3

DE102019119409B3 - Schaltventil für eine Luftfederanordnung sowie eine Luftfederanordnung

Info

Publication number: DE102019119409B3
Application number: DE102019119409.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sprengel
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: US20210016622A1; US11524545B2

Abstract

Schaltventil für eine Luftfederanordnung (2) eines Kraftfahrzeuges, das eine Ventilgehäuseanordnung (18) aufweist, die im verbauten Zustand zwischen einem ersten Luftvolumen (12) und einem zweiten Luftvolumen (28) angeordnet ist, wobei eine durch einen Aktuator (22) betätigbare Ventilschließgliedanordnung (24) vorgesehen ist, derart, dass in einer ersten Position die Ventilschließgliedanordnung (24) das erste Luftvolumen (12) mit dem zweiten Luftvolumen (28) fluidisch verbindet und in einer zweiten Position das erste Luftvolumen (12) von dem zweiten Luftvolumen (28) fluidisch trennt, wobei die Ventilschließgliedanordnung (24) als Drehschieberanordnung ausgeführt ist, wobei ein Drehschieberorgan (34) mit ersten Öffnungen (40) zwischen zwei Ventilschließkörpern (36, 38) vorgesehen ist, wobei in der ersten Position die ersten Öffnungen (40) derart mit zweiten Öffnungen (42, 44) der Ventilschließkörper (36, 38) korrespondieren, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Luftvolumen (12, 28) herstellbar ist, wobei das Drehschieberorgan (34) und die zwei Ventilschließkörper (36, 38) zueinander gerichtete, zusammenwirkende Dichtflächen (54, 56, 58, 60), die jeweils mindestens eine helixförmige Anlauffläche (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) aufweist, die derart zueinander zugeordnet sind, dass die Dichtflächen (54, 56, 58, 60) in der ersten Position der Drehschieberanordnung (24) einen Abstand d zueinander aufweisen und bei einer Verdrehung des Drehschieberorgans (34) von der ersten in die zweite Position die jeweiligen zueinander gerichteten helixförmigen Anlaufflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) aufeinander auflaufen. Zudem betrifft die Erfindung eine Luftfederanordnung (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil für eine Luftfederanordnung eines Kraftfahrzeuges, das eine Ventilgehäuseanordnung aufweist, die im verbauten Zustand zwischen einem ersten Luftvolumen und einem zweiten Luftvolumen angeordnet ist, wobei eine durch einen Aktuator betätigbare Ventilschließgliedanordnung vorgesehen ist, derart, dass in einer ersten Position die Ventilschließgliedanordnung das erste Luftvolumen mit dem zweiten Luftvolumen fluidisch verbindet und in einer zweiten Position das erste Luftvolumen von dem zweiten Luftvolumen fluidisch trennt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Luftfederanordnung mit einem Luftfedergehäuse, das derart ausgeführt ist, dass ein erstes Luftvolumen mit einem zweiten Luftvolumen verbindbar oder von diesem trennbar ist.
Ein derartiges Schaltventil bzw. eine derartige Luftfederanordnung ist aus der DE 10 2012 200 388 A1 bekannt. Hierbei weist die Luftfederanordnung ein Deckelelement auf, in dem ein Schaltventil angeordnet ist. Dieses Schaltventil ist als klassisches Elektromagnetventil aufgebaut, wobei ein Ventilschließglied eines Aktuators zwei Luftvolumina voneinander trennen bzw. miteinander verbinden kann. Durch eine Verbindung der beiden Luftvolumina wird das gesamte Luftvolumen der Luftfederanordnung vergrößert, wodurch eine Federcharakteristik der Luftfederanordnung den Anforderungen des Kraftfahrzeuges hinsichtlich des Beladungszustandes oder der gewünschten Komforteigenschaften angepasst werden kann. Hierbei müssen zur Herstellung bzw. zur Überwindung einer Dichtfunktion hohe Impulskräfte durch den Aktuator erzeugt werden. Über das Deckelelement ist die Luftfederanordnung zudem an einem Karosserieteil des Kraftfahrzeuges angeordnet. Beim Schaltvorgang des Schaltventils tritt darüberhinaus das Problem auf, dass die Schaltbewegung des Ankers einen Impuls verursacht, der bei der vorliegenden Luftfederanordnung ein störendes Geräusch in das Karosserieteil des Kraftfahrzeuges überträgt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden bzw. zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ventilschließgliedanordnung als Drehschieberanordnung ausgeführt ist, wobei ein Drehschieberorgan mit ersten Öffnungen zwischen zwei Ventilschließkörpern vorgesehen ist, wobei in der ersten Position die ersten Öffnungen derart mit zweiten Öffnungen der Ventilschließkörper korrespondieren, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Luftvolumen herstellbar ist, wobei das Drehschieberorgan und die zwei Ventilschließkörper zueinander gerichtete, zusammenwirkende Dichtflächen, die jeweils mindestens eine helixförmige Anlauffläche aufweist, die derart zueinander zugeordnet sind, dass die Dichtflächen in der ersten Position der Drehschieberanordnung einen Abstand d zueinander aufweisen und bei einer Verdrehung des Drehschieberorgans von der ersten in die zweite Position die jeweiligen zueinander gerichteten helixförmigen Anlaufflächen aufeinander auflaufen. Hierdurch ist es möglich mit wesentlich geringeren Impulskräften das Drehschieberorgan zwischen den beiden Positionen zu bewegen, was einerseits den Einsatz eines kleineren und damit kompakteren Aktuators ermöglicht und gleichzeitig die störenden Schaltgeräusche minimiert. Darüberhinaus kann durch die erfindungsgemäße Ausführung der Dichtflächen eine Leckage und eine Schaltverzögerung beim Wechsel von der einen zu der anderen Position der Ventilschließgliedanordnung minimiert werden. Das Drehschieberorgan weist dabei grundsätzlich den wesentlichen Vorteil auf, dass es in seiner geschlossenen Position ohne Anliegen einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Luftvolumen einen langsamen Druckausgleich zwischen den beiden Luftvolumina gewährleistet. Ist das Drehschieberorgan in der geschlossenen Position und liegt eine Druckdifferenz an, dichtet das Drehschieberorgan infolge seiner Rückschlagfunktion. Bei einem Einsatz des Drehschieberorgans in einer Luftfederanordnung erzeugen die Federbewegungen der Luftfeder eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Luftvolumen und das Drehschieberorgan erfüllt seine Dichtfunktion.
Um ein gleichmäßiges, symmetrisches Anlaufverhalten der Dichtflächen zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen Dichtflächen jeweils zwei helixförmige Anlaufflächen aufweisen, die sich jeweils über einen Drehwinkel von 180° erstrecken.
Um zu gewährleisten, dass in der zweiten Position eine Selbsthemmung der Dichtflächen vermieden wird und die korrespondierenden Öffnungen in der zweiten Position deutlich voneinander getrennt sind, sollte die Steigung der helixförmigen Anlaufflächen ≤ 10° betragen.
In besonders vorteilhafter Weise liegt in der ersten Position der Drehschieberanordnung eine Startlinie der jeweiligen helixförmigen Dichtfläche des Drehschieberorgans einer Endlinie der helixförmigen Dichtfläche des jeweiligen Ventilschließkörpers gegenüber, so dass eine Endläche der jeweiligen helixförmigen Anlauffläche als Anschlagsfläche für die erste Position des Drehschieberorgans ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weise ist das Drehschieberorgan über ein Mitnehmerorgan in axialer Richtung beweglich ausgeführt. Hierdurch können Toleranzen der Dichtflächen zueinander auf besonders einfache Weise ausgeglichen werden.
Um die Abdichtwirkung zusätzlich zu optimieren, können die Dichtflächen eine Gleitschicht aus abriebfestem Material aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Aktuator als elektromagnetischer Antrieb und hierbei insbesondere als Drehmagnetantrieb ausgeführt. Der Drehmagnetantrieb ermöglicht eine besonders kompakte Ausgestaltung des Schaltventils. Es ist jedoch auch möglich herkömmliche Elektromotoren einzusetzen.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Luftfederanordnung, bei der in dem Luftfedergehäuse ein erfindungsgemäßes Schaltventil demontierbar angeordnet ist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Schaltventil in einem Deckelelement für das Luftfedergehäuse vorgesehen ist, wobei das erste Dichtorgan das erste Luftvolumen in einem flaschenhalsförmigen Gehäuseteil des Luftfedergehäuses abdichtet.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine geschnittene Teilansicht einer erfindungsgemäßen Luftfederanordnung mit einem eingesetzten, nicht geschnitten, dargestellten Schaltventil,
2 eine perspektivische Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Schaltventils aus 1,
3a eine schematische Schnittansicht mit zwei Ventilschließkörpern und einem dazwischen angeordneten Drehschieberorgan in einer ersten Position, 3b eine Draufsicht auf den oberen Ventilschließkörper,
4 a eine schematische Schnittansicht mit den zwei Ventilschließkörpern und dem dazwischen angeordneten Drehschieberorgan in einer zweiten Position, und 4b eine Draufsicht auf den oberen Ventilschließkörper.

1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer erfindungsgemäßen Luftfederanordnung 2. Die Luftfederanordnung 2 weist ein Luftfedergehäuse 4 auf, das mittels eines Deckelelementes 6 verschlossen ist. Das Deckelelement 6 ist hierbei auf bekannte Weise durch eine Klemmringanordnung 8 mit dem Luftfedergehäuse 4 kraftschlüssig verbunden. Das Luftfedergehäuse 4 weist hierbei ein flaschenhalsförmiges Gehäuseteil 10 auf, in dem ein im gesamten Luftfedergehäuse 4 herrschendes erstes Luftvolumen 12 mit einem Druck p₁ vorherrscht. Das flaschenhalsförmige Gehäuseteil 10 dient als Anlageteil einer ersten Dichtungsanordnung 14 eines Schaltventils 16. Das Schaltventil 16 besitzt ein Ventilgehäuse 18, das im vorliegenden Fall nicht geschnitten dargestellt ist und auf bekannte Weise demontierbar und mittels einer zweiten Dichtungsanordnung 20 im Deckelelement 6 und damit in der Luftfederanordnung 2 angeordnet ist. Im Ventilgehäuse 18 ist als Aktuator 22 ein nicht weiter dargestellter Drehmagnetantrieb vorgesehen, der mit einer als Drehschieberanordnung 24 ausgebildeten Ventilschließanordnung auf bekannte Weise gekoppelt ist. Das Schaltventil 16 weist eine elektrische Steckeranordnung 26 auf, um auf bekannte Weise mit einem nicht weiter dargestellten Steuergerät des Kraftfahrzeuges verbunden zu werden.
Die Drehschieberanordnung 24 des Schaltventils 16 trennt das erste Luftvolumen 12 von einem zweiten Luftvolumen 28 mit einem Druck p₂ bzw. verbindet das erste Luftvolumen 12 mit dem zweiten Luftvolumen 28. Bei einer fluidischen Verbindung der beiden Luftvolumina 12, 28 wird das gesamte Luftvolumen 12, 28 gegenüber dem ersten Luftvolumen 12 vergrößert, was zu einer Anpassung der Federcharakteristik der Luftfederanordnung 2 an den Beladungszustand und/oder an Einstellungswünsche eines Fahrers führt. Mit dem Bezugszeichen 30 ist in dieser Darstellung ein Anschlussstück der Ventilgehäuseanordnung 18 zwischen der Drehschieberanordnung 24 und dem Aktuator 20 bezeichnet, das Aussparungen 32 aufweist, um eine fluidische Kommunikation zu gewährleisten.
2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Schaltventils 16. Die Drehschieberanordnung 24 weist ein Drehschieberorgan 34 auf, dass zwischen zwei Ventilschließkörpern 36, 38, nämlich einem ersten Ventilschließkörper 36 und einem zweiten Ventilschließkörper 38 angeordnet ist. Das Drehschieberorgan 34 besitzt auf bekannte Weise erste Öffnungen 40, die mit zweiten Öffnungen 42, 44 in den Ventilschließkörpern 36, 38 derart korrespondieren, dass eine fluidische Verbindung in Kombination mit den Aussparungen 32 zwischen dem ersten und dem zweiten Luftvolumen 12, 26 herstellbar ist. Hierzu ist das Drehschieberorgan 34 über eine Drehwelle 46 des nicht weiter dargestellten Drehmagnetantriebs mittels eines Mitnehmerorgans 48 rotatorisch antreibbar. Hierbei ist das Drehschieberorgan 34 axialbeweglich am Mitnehmerorgan 48 gelagert, um Toleranzen ausgleichen zu können.
Um die Drehschieberanordnung 24 möglichst kompakt und als Vormontageteil ausbilden zu können, ist der Ventilschließkörper 36 als Deckelteil ausgebildet, das abgedichtet mit einem Gehäuseteil 50 zusammenwirkt, in dem der zweite Ventilschließkörper 38 drehfest gelagert ist. Um fluidisch mit dem Luftvolumen 12 kommunizieren zu können, besitzt das Gehäuseteil 50 Gehäuseteilöffnungen 52, die hierzu in Überdeckung mit den Öffnungen 44 vorgesehen sind.
Damit das Schaltventil 16, wie insbesondere in Zusammenhang mit den 3a, 3b und 4a, 4b näher erläutert, bei Vorliegen einer Druckdifferenz der Drücke p₁, p₂ in den Luftvolumina 12, 28 möglichst einfach und geräuschlos schalten kann, weisen das Drehschieberorgan 34 und die Ventilschließkörper 36, 38 zueinander gerichtete Dichtflächen 54, 56, 58, 60 auf, die jeweils zwei helixförmige Anlaufflächen 62, 64; 66, 68; 70, 72; 74, 76 besitzen. Die helixförmigen Anlaufflächen 62, 64; 66, 68; 70, 72; 74, 76 sind hierbei derart angeordnet, dass die Dichtflächen 54, 56, 58, 60 in der ersten Position der Drehschieberanordnung 24 einen Abstand d zueinander aufweisen und bei einer Verdrehung des Drehschieberorgans 34 von der ersten in die zweite Position die jeweiligen zueinander gerichteten Anlaufflächen 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 aufeinander auflaufen. Die erste Position der Drehschieberanordnung 24 ist hierbei in den 3a und 3b dargestellt, wobei die Öffnungen 40, 42, 44 sich überdecken und auf diese Weise einen Fluidaustausch ermöglichen. In den 4a und 4b ist die zweite Position der Drehschieberanordnung 24 dargestellt, bei der die Dichtflächen 54, 56 mit den Anlaufflächen 62, 64, 66, 68 des Drehschieberorgans 34 mit den jeweiligen Anlaufflächen 70, 72, 74, 76 der Dichtflächen 58, 60 der Ventilschließkörper 36, 38 zu Anlage gelang ist und die Öffnungen 40 derart verdreht wurden, dass eine Unterbrechung des Fluidaustausches zwischen den beiden Luftvolumina 12, 28 gewährleistet ist.
Wie 2 deutlich zeigt, weisen die jeweiligen Dichtflächen 54, 56, 58, 60 jeweils zwei helixförmige Anlaufflächen 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 auf, die sich jeweils über einen Drehwinkel von 180° erstrecken. Die Steigung der jeweiligen Anlaufflächen 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 beträgt hierbei ca. 8°. Hierbei liegt in der ersten Position der Drehschieberandordnung 24 eine Startlinie 78 der jeweiligen helixförmigen Anlauffläche 62, 64, 66, 68 des Drehschieberorgans 34 einer Endlinie 80 der helixförmigen Anlauffläche 70, 72, 74, 76 des jeweiligen Ventilschließkörpers 36, 38 gegenüber, so dass eine Endfläche 82 der jeweiligen helixförmigen Anlaufflächen 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 als Anschlagsfläche für die erste Position des Drehschieberorgans 34 ausgebildet ist. Um die Dichtwirkung der Dichtflächen 54, 56, 58, 60 zu unterstützen und eine Selbsthemmung der Dichtflächen 54, 56, 58, 60 zu vermeiden, weisen die Dichtflächen 54, 56, 58, 60 eine Gleitschicht aus abriebfestem Material auf.

Claims

Schaltventil für eine Luftfederanordnung (2) eines Kraftfahrzeuges, das eine Ventilgehäuseanordnung (18) aufweist, die im verbauten Zustand zwischen einem ersten Luftvolumen (12) und einem zweiten Luftvolumen (28) angeordnet ist, wobei eine durch einen Aktuator (22) betätigbare Ventilschließgliedanordnung (24) vorgesehen ist, derart, dass in einer ersten Position die Ventilschließgliedanordnung (24) das erste Luftvolumen (12) mit dem zweiten Luftvolumen (28) fluidisch verbindet und in einer zweiten Position das erste Luftvolumen (12) von dem zweiten Luftvolumen (28) fluidisch trennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilschließgliedanordnung (24) als Drehschieberanordnung ausgeführt ist, wobei ein Drehschieberorgan (34) mit ersten Öffnungen (40) zwischen zwei Ventilschließkörpern (36, 38) vorgesehen ist, wobei in der ersten Position die ersten Öffnungen (40) derart mit zweiten Öffnungen (42, 44) der Ventilschließkörper (36, 38) korrespondieren, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Luftvolumen (12, 28) herstellbar ist, wobei das Drehschieberorgan (34) und die zwei Ventilschließkörper (36, 38) zueinander gerichtete, zusammenwirkende Dichtflächen (54, 56, 58, 60), die jeweils mindestens eine helixförmige Anlauffläche (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) aufweist, die derart zueinander zugeordnet sind, dass die Dichtflächen (54, 56, 58, 60) in der ersten Position der Drehschieberanordnung (24) einen Abstand d zueinander aufweisen und bei einer Verdrehung des Drehschieberorgans (34) von der ersten in die zweite Position die jeweiligen zueinander gerichteten helixförmigen Anlaufflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) aufeinander auflaufen.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Dichtflächen (54, 56, 58, 60) jeweils zwei helixförmige Anlaufflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) aufweisen, die sich jeweils über einen Drehwinkel von 180° erstrecken.
Schaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der helixförmigen Anlaufflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) ≤ 10° beträgt.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position der Drehschieberandordnung (24) eine Startlinie (78) der jeweiligen helixförmigen Dichtfläche (62, 64, 66, 68) des Drehschieberorgans (34) einer Endlinie (80) der helixförmigen Dichtfläche (70, 72, 74, 76) des jeweiligen Ventilschließkörpers (36, 38) gegenüberliegt, so dass eine Endläche (82) der jeweiligen helixförmigen Anlaufflächen (62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76) als Anschlagsfläche für die erste Position des Drehschieberorgans (34) ausgebildet ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschieberorgan (34) über ein Mitnehmerorgan (48) in axialer Richtung beweglich gelagert ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen (54, 56, 58, 60) eine Gleitschicht aus abriebfestem Material aufweisen.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (22) als elektromagnetischer Antrieb und hierbei insbesondere als Drehmagnetantrieb ausgeführt ist.
Luftfederanordnung mit einem Luftfedergehäuse, das derart ausgeführt ist, dass ein erstes Luftvolumen p₁ (12) mit einem zweiten Luftvolumen p₂ (26) verbindbar oder von diesem trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftfedergehäuse (4) ein Schaltventil (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche demontierbar angeordnet ist.
Luftfederanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (16) in einem Deckelelement (6) für das Luftfedergehäuse (4) vorgesehen ist, wobei ein erstes Dichtungsorgan (14) das erste Luftvolumen p₁ (12) in einem flaschenhalsförmigen Gehäuseteil (10) des Luftfedergehäuses (4) abdichtet.