-
Die
Erfindung betrifft ein druckabhängig
reagierendes Ventil entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
-
Aus
der
DE 44 01 393 C1 ist
ein druckabhängig
reagierendes Ventil für
einen verstellbaren Schwingungsdämpfer
bekannt, umfassend eine Kolbenstange, die in einen mit Dämpfflüssigkeit
gefüllten Zylinderrohr
axial beweglich angeordnet ist, wobei das Zylinderrohr einen Anschluß an das
druckabhängige
Ventil aufweist, das von einer druckbeaufschlagten Verstelleinrichtung
angesteuert wird, wobei die Verstelleinrichtung einen axial beweglichen
Ventilkörper
aufweist, der von einem in einem Druckraum schwimmend gelagerten
Druckübersetzer
angesteuert wird, wobei der Druckübersetzer von mindestens einer
Feder abgestützt
wird. Die den Druckübersetzer
vorspannende Feder bestimmt die Steilheit einer Öffnungskennlinie des besagten
Ventils bei gegebenen Ventilquerschnitten. Ein Problem besteht darin, daß im Stand
der Technik Tellerfedern eingesetzt werden, die hinsichtlich ihrer
Federkraft deutlichen Schwankungen unterworfen sind. Geringfügigste Abweichungen
bei den Abmessungen der Tellerfedern wirken sich deutlich auf das
Ventilverhalten aus.
-
Die
US 5 301 776 offenbart einen
mittels Magnetkraft verstellbaren Schwingungsdämpfer, wobei eine Schließfeder auf
einen mittels Einstellgewinde längenverstellbaren
Ventilkörper
wirkt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein druckabhängig reagierendes Ventil derart
weiterzuentwickeln, daß eine
Ventilöffnungskennlinie
und ein beliebiger Betriebspunkt darauf variabel einstellbar ist.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Der
wesentliche Vorteil im Vergleich zum Stand der Technik liegt darin,
daß der
Ventildurchlaßquerschnitt
unabhängig
von der Lage und Vorspannung des Druckübersetzers einstellbar ist.
Bisher lag immer eine geschlossene Verspannungskette vom Druckübersetzer
bis zur Ventilfläche
vor. Eine erhöhte
Vorspannung des Druckübersetzers
war immer mit einem geschlossenen Ventil verbunden. Gerade bei Tellerfedern
besteht häufig
die Notwendigkeit nach einer Nachjustierung der Federvorspannkraft.
Mit der Einstellvorrichtung wird der zwanghafte Zusammenhang zwischen
der Federvorspannkraft des Druckübersetzers
und dem Ventildurchlaßquerschnitt
aufgehoben, so daß bei
identischer Vorspannkraft des Ventilkörpers ein geöffneter,
aber auch ein geschlossener Ventildurchlaßquerschnitt möglich ist.
-
Für ein Ventilkennfeld
bedeutet das, daß man über die
Federvorspannung des Druckübersetzers
Kraftkennlinien unterschiedlicher Steigungen, d. h. unterschiedlicher
Kraftgradienten erzeugen kann und mittels der Einstellvorrichtung
einen Betriebspunkt auf der Kraftkennlinien einstellen kann, ab
dem beispielsweise der Ventilkörper
gerade öffnet.
-
Bei
einer Ausführungsform
ist der Ventilkörper
mittels der Einstellvorrichtung axial relativ zum Druckübersetzer
justierbar. Alternativ kann die Ventilfläche mittels der Einstellvorrichtung
relativ zum Druckübersetzer
justierbar sein. Ein Kriterium bei der Entscheidung für oder gegen
eine der beiden Varianten kann darin gesehen werden, ob und mit
welcher Vorrichtung das Ventil eingestellt wird, wobei das einzustellende
Bauteil möglichst
leicht zugänglich
sein sollte.
-
Die
Einstellvorrichtung soll möglichst
zwei Funktionen erfüllen.
Zum einen ist die beschriebene Bewegung eines der Ventilteile zu
gewährleisen. Zum
anderen sind auch Haltekräfte
aufzunehmen, die gegen Betriebskräfte im Ventil wirken. Deshalb besteht
die Einstellvorrichtung aus einer Gewindeverbindung, die bei der
erstgenannten Variante den Druckübersetzer
mit dem Ventilkörper
zumindest mittelbar verbindet.
-
Bei
einer vorteilhaften Abwandlung weist der Druckübersetzer eine Sacklochgewindeöffnung zur teilweisen
Aufnahme des Ventilkörpers
auf, wobei die Sacklochgewindeöffnung
Teil der Einstellvorrichtung ist. Diese Lösung bietet sich insbesondere
dann an, wenn der Ventilkörper
zwecks Einstellung aus Richtung der Ventilfläche erreichbar ist. Man spart
die Abdichtung des Ventilkörpers
zum Druckübersetzer
ein, da keine Durchgangsöffnung
für den
Ventilkörper vorliegt.
-
Man
kann auch vorsehen, daß der
Druckübersetzer
eine Öffnung
aufweist, durch die eine Verlängerung
des Ventilkörper
auf die dem Ventilkörper abgewandten
Seite des Druckübersetzers
führt,
wobei zwischen der Verlängerung
und dem Druckübersetzer
die Einstellvorrichtung angeordnet ist, die den Ventilkörper relativ
zum Druckübersetzer
beweglich lagert. Zum einen wird der Ventilkörper besonders gut radial geführt. Des
weiteren läßt sich
die Rückseite
des Ventilkörpers
in der Regel leichter erreichen, wenn dieser beim Einstellablauf
beispielsweise von einem Druckmedium beaufschlagt wird und eine
gewisse Dichtheit der Meßvorrichtung
zum Ventil gefordert ist. Besonders einfach wird der Einstellvorgang, wenn
die Verlängerung
zentrisch zur Druckanschlußöffnung in
einem Deckel der Versteileinrichtung angeordnet ist, so daß die Verlängerung
durch die Druckanschlußöffnung erreichbar
ist.
-
Für alle Ausführungsformen
wird angestrebt, daß das
mittels der Einstellvorrichtung bewegliche Ventilteil mindestens
eine Werkzeugfläche
aufweist.
-
Man
kann aber auch eine Variante realisieren bei der die Ventilfläche von
einer Schraubhülse innerhalb
eines topfförmigen
Einsatzes gebildet wird. Die Schraubhülse kann bei Bedarf verdreht
werden, wodurch sich die Lage der Ventilfläche ändert.
-
Selbst
wenn die Gewindeverbindung der Einstellvorrichtung von einem Befestigungsgewinde gebildet
wird, so muß ein
axiales Gewindespiel berücksichtigt
werden, da die Ventildurchlaßquerschnitte
recht klein sind und das geringe axiale Gewindespiel den Ventildurchlaßquerschnitt
beeinflußt. Aus
diesem Grund weist die Gewindeverbindung einen Gewindespielausgleich
auf. Ein Gewindespielausgleich könnte
derart aussehen, daß das
bewegliche Ventilbauteil beispielsweise mit einem ortsfesten Bauteil
verrollt oder verschweißt
wird. Das gesamte Ventil baut aber sehr klein, so daß entsprechende
Arbeitsschritte u. U. zu Beschädigungen
am Ventil führen
können.
-
Dadurch,
daß der
Gewindespielausgleich aus einer auf das relativ zum Druckübersetzer
bewegliche Ventilteil wirkenden Vorspannfeder besteht, wird sichergestellt,
daß stets
dieselben Gewindeflankenseiten aufeinanderliegen. Ein Flankenwechsel aufgrund
extem schwankender Drücke
auf den Ventilkörper
durch Ausnutzen des Gewindespiels ist damit ausgeschlossen.
-
Zur
weiteren Feineinstellung des Ventils ist vorgesehen, daß der Druckübersetzer
beidseitig von Federelementen auf Stützflächen gehalten wird, wobei mindestens
eine der Stützflächen axial
verstellbar ist, wodurch die Vorspannung der auf den Druckübersetzer
wirksamen Federelemente justierbar ist. In Abhängigkeit der Vorspannung kann
erreicht werden, daß die
resultierenden Federkräfte
der am Druckübersetzer
angreifenden Federn in Öffnungsrichtung oder
in Schließrichtung
wirken. Es kann auch ein Kräftegleichgewicht
eingestellt werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft
herausgestellt, wenn als Federelement ebene Federscheiben anstelle
von Tellerfedern eingesetzt werden. Der Einfluß der Schirmung bei den Tellerfedern
ist aufgehoben.
-
Im
Hinblick auf eine einfache Einstellmöglichkeit wird die axial bewegliche
Stützfläche von
einem Stützring
gebildet, der im Druckraum verschieblich gelagert ist. Zur kostengünstigen
und trotzdem zuverlässigen
Befestigung des Stützringes
bildet dieser eine Preßpassung
mit einer Führung
innerhalb des Druckraums. Die Preßpassung läßt sich relativ leicht auslegen,
da die maximal auftretenden Betriebskräfte am Stützring bekannt sind. Wird das Übermaß der Preßpassung
geschickt ausgelegt, so kann der Stützring in einer Meßvorrichtung
exakt eingestellt werden, indem beispielsweise ein Stempel auf den
Stützring
einwirkt und nach Messung der Federkraft am Druckübersetzer
abgehoben werden kann. Die bei der Preßpassung auftretenden Reibkräfte zwischen
dem Stützring
und der Führung
wirken gegen die Stützkräfte der
Federelemente. Die Einstellung der Federelemente ist stufenlos möglich, wobei
auf eine Gewindeverbindung zwi schen dem Stützring und der besagten Führung für den Stützring verzichtet
werden kann.
-
Setzt
man das druckabhängig
reagierende Ventil zusammen mit einer Luftfeder eines Kraftfahrzeuges
ein, deren Betriebsdruck auf den Druckübersetzer einwirkt, so steht
ein relativ großes
Luftvolumen in der Luftfeder einem relativ kleinen Volumen im Druckraum
des Ventils gegenüber.
Bei einer Federungsbewegung der Luftfeder wird das Luftvolumen kompremiert
und anschließend
wieder entspannt. Diese Schwingbewegungen würden sich auf den Druckübersetzer übertragen.
Um den Betriebsdruck in Abhängigkeit
der Beladung unabhängig
von Federungsbewegungen während
der Fahrt eines Fahrzeuges herauszufiltern, weist der Druckraum
gemäß einem
vorteilhaften Unteranspruch eine Druckanschlußöffnung auf, in der eine Drossel
angeordnet ist. Diese Drossel glättet
die Schwankungen des Betriebsdruckes auf den Druckübersetzer.
Als weiterer Vorteil ist zu sehen, daß bei einer Ausfederungsbewegung
des Fahrzeuges die Luftfeder zwangsläufig entspannter wird, und
damit der Druck auf den Druckübersetzer
reduziert würde,
womit gleichzeitig eine Dämpfkraftverringerung
bei einem druckabhängig
reagierenden Ventil in einem Schwingungsdämpfer verbunden wäre, wenn
die Drossel den Druck im Druckraum nicht kurzfristig halten könnte und
somit gerade in der Zugstufe, wenn man eine größere Dämpfwirkung anstrebt, der Zielvorstellung
nachkommt, in der Zugstufe eine möglichst hohe Dämpfung zu
realisieren.
-
Die
Wirkung einer Drossel ist abhängig
von der Länge,
dem Querschnitt und dem Verlauf der Drosselstrecke ab. Diese Forderungen
werden auf sehr einfache Weise wirkungsvoll erfüllt, wenn die Drossel von einem
Innengewinde gebildet wird, in das ein Schraubstück eingedreht wird, wobei das
Gewindespiel zwischen dem Innengewinde und dem Schraubstückgewinde
eine Drosselstrecke bildet. Das Gewindespiel stellt den Querschnitt,
die Abwicklung des Gewindeganges die Drossellänge und die Schraubenform den
Verlauf dar. Alle drei Parameter werden von einem Gewinde in sehr
hohem Maße
erfüllt,
so daß die
Drosselwirkung entsprechend ist.
-
So
ist bei einer vorteilhaften Ausführung
vorgesehen, daß die
Verlängerung
in die Druckanschlußöffnung ragt.
Damit sind mehrere Vorteile verbunden. So wird die Zugänglichkeit
der Verlängerung für den Einstellvorgang
verbessert. Des weiteren erhält
man bei entsprechender Dimensionierung der Querschnitte von Druckanschlußöffnung zur
Verlängerung
eine Radialführung
der Verlängerung.
Bei einem besonders engen Spalt zwischen der Verlängerung
und der Druckanschlußöffnung kann
auch der Spalt als Drossel genutzt werden.
-
Des
weiteren kann die Verlängerung
einen Drosselzulaufkanal von der Druckanschlußöffnung bis zum Druckraum aufweisen.
Damit ist der Zusammenhang zwischen Führung und Drossel beim Spalt aufgehoben.
Bei der Dimensionierung der Drossel kann man nicht beliebig vorgehen,
sondern muß bestimmte
rechnerische Zusammenhänge
einhalten, die u. U. eine Führung
der Verlängerung
an dieser Stelle nicht zulassen.
-
Um
einen besonders langen Drosselzulaufkanal zu erhalten mündet der
Drosselzulaufkanal in der Verlängerung
in die bereits als Drossel wirksame Gewindeverbindung zwischen dem
Druckübersetzer und
der Verlängerung.
-
Anhand
der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden:
Es zeigt:
-
1 Schwingungsdämpfer mit
druckabhängig
reagierendem Ventil
-
2, 4–8 Ausführungsvarianten des
druckabhängigem
Ventils
-
3 Kraftkennlinien
von dem druckabhängigen
Ventil
-
9 u. 10 Detaildarstellungen
der 2, 4–8
-
In 1 ist
ein Schwingungsdämpfers 1 mit einem
Zylinder 3 dargestellt, in dem eine Kolbenstange 5 axial
beweglich angeordnet ist. Der Zylinder ist nach unter durch einen
Boden 7 abgeschlossen. Die Kolbenstange 5 ist
durch eine Führungs-
und Dichtungseinheit 9 aus dem oberen Ende des Zylinders herausgeführt. Innerhalb
des Zylinders 3 ist an der Kolbenstange 5 eine
Kolbeneinheit 11 mit einer Kolbenventilanordnung 13 befestigt.
Der Boden des Zylinders 3 ist mit einer Bodenventilanordnung 15 versehen.
Der Zylinder 3 ist von einem Behälterrohr 17 umhüllt. Zwischen
dem Behälterrohr 17 und
dem Zylinder 1 ist ein Ringraum 19 gebildet, der
eine Ausgleichskammer darstellt. Der Raum innerhalb des Zylinders 1 ist
durch die Kolbeneinheit 11 in eine erste Arbeitskammer 21a und
eine zweite Arbeitskammer 21b unterteilt. Die Arbeitskammern 21a und 21b sind mit
Druckflüssigkeit
gefüllt.
Die Ausgleichskammer 19 ist bis zu dem Niveau 19a mit
Flüssigkeit
und darüber
mit Gas gefüllt.
Innerhalb der Ausgleichskam mer 19 wird eine erste Leitungsstrecke,
nämlich
eine Hochdruckteilstrecke 23a, von einem Zwischenrohr 23 gebildet,
welche über
eine Bohrung 25 des Zylinders 1 mit der zweiten
Arbeitskammer 21b in Verbindung steht. An diese Hochdruckteilstrecke
schließt sich
ein seitlich an dem Behälterrohr 17 angebautes druckabhängig reagierendes
Ventil 27 an. Von diesem führt (nicht dargestellt) eine
zweite Leitungsstrecke, nämlich
eine Niederdruckteilstrecke, zu dem Ausgleichsraum 19.
-
Wenn
die Kolbenstange 5 aus dem Zylinder 3 nach oben
ausfährt,
wird die obere Arbeitskammer 21b verkleinert. Es bildet
sich in der oberen Arbeitskammer 21b ein Überdruck
aus, der sich durch die Kolbenventilanordnung 13 in die
untere Arbeitskammer 21a abbauen kann, solange das druckabhängig reagierende
Ventil 27 geschlossen ist. wenn das druckabhängig reagierende
Ventil 27 geöffnet
ist, so fließt
gleichzeitig Flüssigkeit
von der oberen Arbeitskammer 21b durch die Hochdruckteilstrecke 23 und das
druckabhängig
reagierende Ventil 27 in die Ausgleichskammer 19.
Die Dämpfcharakteristik
des Schwingungsdämpfers
beim ausfahren der Kolbenstange 5 ist also davon abhängig, ob
das druckabhängig
reagierende Ventil 27 offen oder geschlossen ist.
-
Wenn
die Kolbenstange 3 in den Zylinder 3 einfährt, so
bildet sich in der unteren Arbeitskammer 21a ein Überdruck.
Flüssigkeit
kann von der unteren Arbeitskammer 21a durch die Kolbenventilanordnung 13 nach
oben in die obere Arbeitskammer 21b übergehen. Die durch das zunehmende
Kolbenstangenvolumen innerhalb des Zylinders 1 verdrängte Flüssigkeit
wird durch die Bodenventilanordnung 15 in die Ausgleichskammer 19 ausgetrieben.
In der oberen Arbeitskammer 21b tritt, da der Durchflußwiderstand
der Kolbenventilanordnung 13 geringer ist als der Durchflußwiderstand
der Bodenventilanordnung 15, ebenfalls ein steigender Druck
auf. Dieser steigende Druck kann bei geöffneten druckabhängig reagierendem
Ventil 27 durch die Hochdruckteilstrecke 23a wiederum
in den Ausgleichsraum 19 überfließen. Dies bedeutet, daß bei geöffnetem
druckabhängig
reagierendem Ventil 27 der Stoßdämpfer auch beim einfahren dann
eine weichere Charakteristik hat, wenn das druckabhängig reagierende
Ventil 27 geöffnet
ist und eine härtere
Charakteristik, wenn das druckabhängig reagierende Ventil geschlossen
ist, genauso wie beim Ausfahren der Kolbenstange. Festzuhalten ist,
daß die
Strömungsrichtung
durch die Hochdruckteilstrecke 23a des Bypasses immer die
gleiche ist, gleichgültig,
ob die Kolbenstange ein- oder ausfährt.
-
Die 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des druckabhängigen
Ventils 27 als Einzelkomponente. Innerhalb eines außen am Behälterrohr 17 angeordneten
Rohrstutzens 29 ist ein topfförmiger Einsatz 31 montiert,
der einen Anschluß 33 an
die Hochdruckteilstrecke 23a des Schwingungsdämpfers aufweist. Am
Boden des topfförmigen
Einsatzes ist eine Ventilfläche 35 und
mindestens eine Abflußöffnung 37 zum Ausgleichsraum 19 eingearbeitet.
-
Auf
der Ventilfläche
ist in dieser Betriebsstellung ein Ventilkörper 39 vorgespannt.
Der Ventilkörper
wird in einer zentralen Stufenöffnung 41 eines Druckübersetzers 43 radial
geführt,
wobei eine Ventilkörperdichtung 39a die
Ventilkörpervorderseite
von der Ventilkörperrückseite
trennt. Dem Ventilkörper 39 schließt sich
eine Verlängerung 45 an,
die den Druckübersetzer
vollständig
durchsetzt und in einer Druckanschlußöffnung 47 in einem
Deckel 49 endet. Die Druckanschlußöffnung ist mit einer nichtdargestellten Druckquelle,
beispielsweise einer Luftfeder, verbunden.
-
Der
Druck in der Druckanschlußöffnung,
im weiteren Steuerdruck genannt, wirkt auf den Druckübersetzer 43,
der axial schwimmend im topfförmigen Einsatz 31 geführt ist.
Der Druckübersetzer
wird von einer Scheibe gebildet, die an ihrem Außendurchmesser eine Dichtung 51 trägt. Dafür ist der
Innendurchmesser des rohrförmige
Einsatzes ausgehend vom Deckel 49 bis zu einer ersten Stützfläche 53 als Führungsfläche 55 gearbeitet.
-
Auf
der ersten Stützfläche 53 radial
außen und
einem Absatz 57 auf der Unterseite des Druckübersetzers 43 ist
ein erstes Federelement 59 angeordnet, das bevorzugt aus
geschichteten Planscheiben besteht. Ein zweites Federelement 61 ist
zwischen einem weiteren Absatz 63 des Druckübersetzers 43 und
einer zweiten Stützfläche 65 verspannt. Die
zweite Stützfläche 65 wird
von einem Spannring 67 bereitgestellt, dessen Außendurchmesser
zur Führungsfläche 55 derart
dimensioniert ist, daß zwischen
diesen Flächen
eine Preßpassung
vorliegt.
-
Ausgehend
von der Dichtung 51 bildet die Führungsfläche 55 mit der Oberseite
des Druckübersetzers 43 und
dem Deckel 49 einen Druckraum 69, in dem der Steuerdruck
anliegt. Von der Druckanschlußöffnung 47 gelangt
das Steuermedium nicht direkt in den Druckraum, da die Verlängerung 45 außenseitig
zur Druckanschlußöffnung 47 ab gedichtet ist.
Die Verlängerung
weist einen zentralen Drosselzulaufkanal 71 auf, der in
etwa bis zum Ventilkörper reicht.
Von dort aus kann das Druckmedium durch den geringen Spalt zwischen
dem Druckübersetzer und
der Verlängerung
bis an eine Gewindeverbindung strömen, die eine Einstellvorrichtung 73 bildet. Die
Gewindeverbindung stellt eine Fortsetzung des Drosselzulaufkanals 71 dar.
-
Damit
die Einstellvorrichtung bzw. die Gewindeverbindung spielfrei arbeitet,
ist zwischen der Verlängerung
und der Oberseite des Druckübersetzers
eine Vorspannfeder 75 angeordnet, die die beiden genannten
Bauteile der Gewindeverbindung so vorspannt, daß stets dieselben Gewindeflanken
in Eingriff sind. Als Anschlag für
die Vorspannfeder 75 dient eine Stützscheibe 77.
-
Bei
der Montage wird zunächst
der Ventilkörper 39 mit
seiner Verlängerung 45 in
die Stufenöffnung
bis zum Anschlag oder nahe dem Anschlag eingeschraubt. Danach wird
die Dichtung 51 des Druckübersetzers eingelegt. Auf die
erste Stützfläche 53 im topfförmigen Einsatz 31 wird
eine Anzahl von Planscheiben für
das erste Federelement 59 aufgelegt. Danach wird der Druckübersetzer
samt Ventilkörper in
den topfförmigen
Einsatz 31 eingeführt.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird das zweite Federelement 61 auf
den Absatz 63 aufgelegt. Die so vorbereitete Unterbaugruppe
spannt man in eine Vorrichtung, die von unten auf den Ventilkörper eine
periodisch schwellende Kraft aufbringt. Die Krafteinleitung kann durch
einen Stößel mechanisch
oder durch ein Druckmedium hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.
-
Für eine bestimmte
Ventileinstellung soll auf den Ventilkörper eine definierte Öffnungskraft
aufgebracht werden. Gleichzeitig wird der Druckübersetzter 43 über den
eingeführten
Spannring 67 und dem zweiten Federelement 61 niedergedrückt. Ist
der vorgesehene Kraftgradient auf den Druckübersetzer erreicht, so können die
Mittel zur Krafteinleitung auf den Ventilkörper und den Druckübersetzer
außer
Betrieb gesetzt werden. Die Federelemente sind damit auf eine vorgesehene
Federrate eingestellt. Der Spannring hält durch seine Preßpassung
zur Führungsfläche 55 die
eingestellte Lage der Federelemente. Toleranzen an den Federelementen,
den Absätzen
am Druckübersetzer
o. ä. werden
durch diese Art der Einstellung ausgeglichen.
-
Danach
muß die
Vorspannfeder 75 mit der Stützscheibe 77 montiert
werden. In einem weiteren Arbeitsschritt wird mittels der Einstellvorrichtung 73 die
Lage des Ventilkörpers 39 relativ
zum Druckübersetzer 43 festgelegt,
um einen Ventildurchlaßquerschnitt
zwischen dem Ventilkörper
und der Ventilfläche 35 einzustellen.
Man kann vorsehen, daß bereits ein
Ventildurchlaßquerschnitt
gegeben ist. Alternativ kann in Öffnungsrichtung
der Ventilkörper
kraftlos auf der Ventilfläche 35 aufliegen
oder durch eine Verstellbewegung, bei der der Ventilkörper aus
dem Druckübersetzer
herausgedreht wird, eine Vorspannung auf den Ventilkörper einwirken.
Für die
Einstellbewegung verfügt
die Verlängerung 45 an
ihrem Ende über
mindestens eine Werkzeugfläche 79.
Mit der Einstellvorrichtung kann ein Betriebspunkt auf der Kraftkennlinie
des Druckübersetzers
eingestellt werden.
-
Die 3 soll
den Unterschied zum Stand der Technik verdeutlichen. Die strichpunktierten Kennlinien
stellen typische Federkennlinien von Tellerfedern dar. Es besteht
ein zwanghafter Zusammenhang von Federkraft und Ventildurchlaßquerschnitt
bzw. dem Weg sv des Ventilkörpers. Damit kann
man nur die strichpunktierten Kennlinen erreichen, wobei diese auch
noch stark toleranzbehaftet sind.
-
Mit
der unterschiedlichen Vorspannung der ersten und zweiten Federelemente
werden unterschiedliche Steigungen bei den Schließkräften Fs erreicht. Die Einstellvorrichtung ermöglicht eine
Verschiebung des Betriebspunktes, beispielsweise des Öffnungspunktes
des Ventilskörpers
vom der Ventilfläche
auf einer Geraden im Kennlinienfeld. Damit kann auch ein Betriebspunkt
im dritten Quadranten des Kennfeldes eingestellt werden, bei dem
der Ventilkörper
von den Federelementen auch ohne Krafteinleitung auf den Ventilkörper bereits
von der Ventilfläche
abgehoben ist. Die Schließkräfte Fs stellen die resultierenden Kräfte dar,
die auf den Druckübersetzer
einwirken, nämlich
die in Schließrichtung
wirkende Steuerkraft im Druckraum und die Vorspannkraft des zweiten
Federelementes abzüglich
der Öffnungskraft
des ersten Federelementes. Die Horizontalachse des Kraftdiagrammes
stellt den Weg der Einheit Druckübersetzer/Ventilkörper dar,
wobei der Ursprung den Zustand markiert, wenn der Ventilkörper auf
der Ventilfläche
ohne Schließkraft
aufliegt.
-
Für die weitere
Beschreibung wird wieder auf die 2 Bezug
genommen. Sind die Krafteinstellungen an der bisher beschriebenen
Baueinheit abgeschlossen, so wird der topfförmige Einsatz 31 in den
Rohrstutzen 29 eingeführt.
Danach wird der Deckel 49 mit seiner außenliegenden Deckeldichtung 81 in
den Rohrstutzen geschoben, bis der Deckel auf dem topfförmigen Einsatz 31 stirnseitig
zur Anlage kommt. Die Deckeldichtung soll den Druckraum 69 und
den Ausgleichsraum 19 zur Umgebung im Bereich des Ventils 27 abdichten.
Ein Sicherungsring 83 hält
den Deckel in der geschlossenen Position, wobei der Deckel verdrehbar
ist, um eine nicht dargestellte Versorgungsleitung in eine gewünschte Position
zum Ventil 27 ausrichten zu können.
-
Während des
Dämpferbetriebs
wird Dämpfflüssigkeit über die
Hochdruckteilstrecke 23a in den Anschluß 33 des Ventils 27 verdrängt. In
Abhängigkeit
der gewünschten
Dämpfkraftkennlinie
muß das Dämpfmedium
ggf. eine Vordrossel 85 passieren, bevor es auf eine Anströmungsfläche 87 des
Ventilkörpers 39 trifft.
Der Druck auf die Anströmfläche multipliziert
mit deren Flächeninhalt
stellt eine auf den Ventilkörper
wirksame Öffnungskraft
dar, die gegen die resultierende Schließkraft aus Steuerdruck im Druckraum 69 auf
den Druckübersetzer 43 und
der resultierenden Federkraft der beiden Federelemente 59; 61 wirkt.
Ist die Öffnungskraft
größer als
die Schließkraft,
so hebt der Ventilkörper
ab, bzw. hebt ein bereits geöffneter
Ventilkörper,
der im drucklosen Zustand bereits einen Ventildurchlaßquerschnitt
zuläßt, weiter
ab. Über
die Abflußöffnungen 37 kann das
Dämpfmedium
in den Ausgleichsraum 19 aus einem Niederdruckraum 89 zwischen
dem Boden des topfförmigen
Einsatzes und der Unterseite des Druckübersetzers 43 abströmen.
-
Es
sei noch erwähnt,
daß der
Momentandruck im Schwingungsdämpfer,
wenn keine Kolbenbewegung abläuft,
auf die Fläche
der Größe der Unterseite
des Druckübersetzers
zuzüglich
der Anströmfläche 87 des
Ventilkörpers 39 wirkt
und eine Öffnungskraft
darstellt. Insbesondere bei Schwingungsdämpfern mit einer Gasvorspannung
im Ausgleichsraum muß dieser
Umstand bei der Einstellung der Federelemente berücksichtigt
werden, da bei Erwärmung,
beispielsweise durch den Dämpfbetrieb, die
Gasvorspannung ansteigen kann, wodurch der Ventilkörper aufgrund
der größeren Öffnungskraft
einen größeren Ventildurchlaßquerschnitt
einstellt und die Dämpfkraft
im Gegenzug sinkt.
-
Der
wesentliche Aufbau der 4 entspricht der 2.
In der Wirkung sind beide Ventile 27 identisch, so daß nur auf
die Unterschiede eingegangen wird. Die wesentlichen Unterschiede
bestehen darin, daß die
Verlängerung 45 des
Ventilkörpers 39 ein
separates Bauteil in der Art eines Ventilstößel darstellt und die Unterseite
des Druckübersetzers
von der Ventilkörperdichtung 39a hydraulisch
dicht vom Niederdruckraum 87 getrennt ist, andererseits
aber eine Entlüftungsverbindung 91 zum
Atmosphärendruck aufweist.
Die Doppelfunktion der Deckeldichtung 81, nämlich abdichten
des Druckraumes 69 und des Ausgleichsraums 19 wird
geteilt. Die Deckeldichtung in der 4 ist nicht
mehr an der unteren Außenkante des
Deckels 49, sondern in etwa mittig in der Stirnflächedes topfförmigen Einsatzes 31 angeordnet,
so daß die
Deckeldichtung ausschließlich
den Druckraum 69 abdichtet. Für die Abdichtung des Ausgleichsraums 19 wird
eine Rohrstutzendichtung 93 eingesetzt. Die Entlüftungsverbindung 91 befindet sich
zwischen der Deckeldichtung 81 und der Rohrstutzendichtung 93.
Damit steht ein ausreichend großer
Querschnitt zwischen der Innenwandung des Rohrstutzens und der Außenwandung
des topfförmigen
Einsatzes 31 für
die Be- und Entlüftung
des Raumes zwischen der Unterseite des Druckübersetzers 43 und
dem Boden des topfförmigen
Einsatzes zur Verfügung.
Beim Betrieb folgt der Ventilkörper 39 aufgrund
des Momentandrucks im Ventil 27 der Bewegung der Verlängerung 49.
-
Der
wesentliche Vorteil der aufgezeigten Unterschiede liegt darin, daß der Stationärdruck im Schwingungsdämpfer aufgrund
der Gasvorspannung im Ausgleichsraum 19 einen wesentlich
kleineren Einfluß auf
die auf den Ventilkörper
wirksame Öffnungskraft
ausübt.
Der Stationärdruck
wirkt zwar auf die Anströmfläche 87 des
Ventilkörpers,
aber auch gleichzeitig auf eine Ventilkörperrückseite 95, so daß nur die
Differenzfläche
aus Anströmfläche abzüglich der
Ventilkörperrückseite
als Wirkfläche
für den
Stationärdruck
verbleibt. Bei einem entsprechenden Größenunterschied zwischen der
druckbeaufschlagten Fläche
im Druckraum für
den Druckübersetzer und
die druckbeaufschlagten Flächen
am Ventilkörper
kann der Einfluß des
Stationärdruckes
vernachläßigt werden.
Es ist zu berücksichtigen,
daß die
Wirkung des Stationärdruckes
mit dem momentanen Betriebsdruck bei der Kolbenstangenbewegung überlagert
wird.
-
Die 5 ist
bis auf die Ausgestaltung des Drosselzulaufkanal identisch mit der 4.
Abweichend wird der Drosselkanal 71 von einem Ringspalt zwischen
der Druckanschlußöffnung 47 und
der in die Druckanschlußöffnung ragenden
Verlängerung 45 gebildet.
Man spart eine Dichtung in der Verlängerung und die zusätzliche
zentrale Boh rung in der Verlängerung.
Die Entscheidung welche der beiden Varianten eingesetzt werden kann,
ist abhängig
vom erforderlichen Drosselquerschnitt.
-
Bei
der Darstellung der 6 wurde auf die Variante der 2 zurückgegriffen.
Der Unterschied zur 2 besteht darin, daß die Verlängerung 49 des Ventilkörpers 39 nicht
mehr bis in die Anschlußöffnung 47 ragt.
Die Anschlußöffnung ist
mit einem Innengewinde 97 versehen, in das ein Schraubstück 99 eingreift.
Der Gewindespiel zwischen dem Innengewinde und dem Schraubstück entspricht
der Gewindeverbindung der Einstellvorrichtung der 2.
-
In
der 7 ist eine Variante der Einstellvorrichtung 73 dargestellt,
bei der die Gewindeverbindung in einer Sacklochöffnung 101 unmittelbar
zwischen dem Ventilkörper 39 und
dem Druckübersetzer 43 ausgeführt ist.
Die Werkzeugfläche 79 zur
Einstellung befindet sich in der Anströmfläche 87. Die Vorspannfeder 75 in
der Bauform einer Tellerfeder ist zwischen dem Boden der Sacklochöffnung und
der Rückseite
des Ventilkörpers
verspannt. Im Vergleich zur 6 spart
man nocheinmal die Ventilkörperdichtung 39a zwischen
dem Ventilkörper
und dem Druckübersetzer
ein.
-
Mit
der 8 soll dokumentiert werden, daß als das den Ventildurchlaßquerschnitt
bestimmendes Ventilteil nicht nur der Ventilkörper 39 relativ zum Druckübersetzer
justiert werden kann, sondern auch die Ventilfläche. Dazu ist die Ventilfäche 35 als
Teil einer Schraubhülse 103 ausgeführt, deren
Gewindeverbindung der Einstellvorrichtung 73 zwischen der Schraubhülse und
dem Anschluß 33 ausgeführt ist. Die
Schraubhülse
weist einen Kragen auf, an dem auf der der Ventilfläche 35 abgewandten
Seite die Vorspannfeder 75 angreift und sich am Boden des topfförmigen Einsatzes 31 abstützt. Der
Ventilkörper ist
duech den Betriebsdruck in der Hochdruckteilstrecke 23a zum
Druckübersetzer 43 fixiert.
-
Die 9 zeigt
einen Ausschnitt des druckabhängigen
Ventils 27 im Bereich zwischen den beiden Federelementen 59; 61.
Es soll vermieden werden, daß unter
Druck stehendes Medium auf die jeweilige Rückseite des Federelementes
strömt
und damit der Vorspannkraft des Federelementes entgegenwirkt.
-
Dazu
verfügt
der Spannring 67 in seiner Stützfläche 65 über eine
Radialöffnung 67a,
die den Druckraum 69 mit der Rückseite des zweiten Federelementes
verbindet. Der Zweck dieser Maßnahme besteht
darin, daß nicht
nur die Vorder- und die Rückseite
mit Druckmedium beaufschlagt ist und damit der Druck auf das Federelement
keinen Einfluß auf das
Federelement ausübt,
sondern daß die
druckbeaufschlagte Fläche
im Druckraum 69 eindeutig definiert ist. Man hat bei Versuchen
herausgefunden, daß das
Federelement 61 dichtend an der Stützfläche 65 anliegt. Damit
vergrößert sich
die druckbeaufschlagte Fläche
am Druckübersetzer
wesentlich, da als Außendurchmesser
der druckbeaufschlagten Fläche
der Innendurchmesser des topfförmigen
Einsatzes 31 zu berücksichtigen
ist. In Folge dessen ändert sich
auch das gesamte Betriebsverhalten des druckabhängigen Ventils 27.
Durch eine einfache Radialöffnung 67a kann
dieses Problem behoben werden.
-
Ähnliche
Verhältnisse
liegen bei dem ersten Ventilelement 59 vor. Ein vom Absatz 57 bestimmte Rückraum 89a kann
während
des Ventilbetriebs mit Druckflüssigkeit
gefüllt
werden, da die Stützfläche 53 und
der Absatz 57 keine Dichtstellen bilden. Ein eingeschlossenes
Druckvolumen auf der Rückseite
wurde die resultierende Federkraft des Federelementes verändern. Deswegen
ist im topfförmigen
Einsatz 31 eine Abströmöffnung 31a eingebracht,
die den Rückraum 89a mit
dem Ausgleichsraum 19 verbindet.
-
Im übrigen ist
noch zu erwähnen,
daß die Höhen der
Absätze 57 und 63 derart
bemessen sind, daß die
entsprechenden Ringflächen 43a; 43b Abstützflächen für die zugehörigen Federelemente 59; 61 bilden,
damit diese selbst bei extremen Betriebssituationen nicht überlastet
und beispielsweise plastisch verformt werden.
-
Des
weiteren ist der Übergang
von der ersten Stützfläche 53 zur
Innenwandung des topfförmigen
Einsatzes scharfkantig ausgeführt,
damit das Federelemtent 59 keine Radialbewegung ausführen kann
und eindeutig zentriert ist.
-
In
der 10 ist ein geometrischer Zusammenhang zwischen
dem maximalen Ventilhub h des Ventilkörpers 39 und dem geringsten
Abstand s des Druckübersetzers 43 zum
topfförmigen
Einsatz 31 dargestellt. Es ist unter allen Betriebszuständen gewährleistet,
daß das
Maß s
größer/gleich
dem Maß h ist.
Damit wird verhindert, daß der
eigentliche Übertrittquerschnitt
aus der Hochdruckteilstrecke 23a in den Niederdruck raum 89 von
einem Führungskragen 43c des
Druckübersetzers
gebildet wird. Wenn der Führungskragen 43c den Übertrittsquerschnitt
bestimmt, kann sich an der Anströmfläche 87 des
Ventilkörpers 39 ein
Unterdruck bilden, der den Ventilkörper 39 auf die Ventilsitzfläche 35 herunter
zieht und damit ein völlig
ungenügendes
Betriebsverhalten des druckabhängigen
Ventils mit sich bringt.
-
Die
gezeigten Ventile
27 sind in ihrer Funktion als funktional
als Druckbegrenzungsventile anzusehen, wobei die Anwendung und Auslegung
nur beispielhaft anzusehen ist. Ein Ventil
27 ist entsprechend
der
DE 44 24 437 auch
als Vorstufenventil innerhalb einer Absperrventilbaugruppe als Ersatz
für ein
magnetisch angesteuertes Ventil denkbar. Des weiteren muß das Ventil
27 nicht
unbedingt von einer Steuerleitung einer Luftfeder rein belastungsabhängig angesteuert
werden. Auch eine separate Versorgung mit einem Druckmedium wie Öl oder Luft
ist denkbar. Durch eine Abstimmung der Federkräfte der ersten und zweiten
Federelemente und eine Anpassung aufgrund der Einstellvorrichtung
ist das Ventil universell für
einen weiten Druckbereich einsetzbar.