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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 24 26 326 A1 ist ein
Dämpfventil für einen
hydraulischen Schwingungsdämpfer
bekannt, der in einer Strömungsverbindung
zwischen zwei Arbeitsräumen
eine axial bewegliche Ventilscheibe aufweist, die beidseitig von
Federelementen beaufschlagt wird. In Abhängigkeit der Druckdifferenz
an der Ventilscheibe kommt die Ventilscheibe auf Ventilsitzflächen zur
Anlage und verschließt
die Strömungsverbindung.
Ein Hinweis, wie die Dämpfkraftkennlinie
der axial beweglichen Ventilscheibe strömungsrichtungsabhängig beeinflusst
werden kann, ist der
DE
24 26 326 A1 nicht zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Patentanmeldung ist
Dämpfventil,
insbesondere für
hochfrequente Anregungen, strömungsrichtungsabhängig wirksam werden
zu lassen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, die
Strömungsverbindung
einen radialen Versatz auf, wobei ein erster Abschnitt der Strömungsverbindung
radial außerhalb
einer der beiden Ventilsitzfächen
und ein zweiter Abschnitt der Strömungsverbindung radial innerhalb
der anderen Ventilsitzfläche
ausgeführt
ist.
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Allein durch die Gestaltung der Strömungsverbindung
relativ zu den Ventilsitzflächen
kann eine strömungsrichtungsabhängige Ventilscheibenbewegung
und damit Dämpfkraft
erzeugt werden. Es entsteht kein Mehraufwand, um diese Zusatzfunktion
zu erreichen. Des weiteren wird damit die Möglichkeit erleichtert, mit
einem sehr geringen konstruktiven Aufwand die Ventilkammer auch
im Bereich des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums anzuordnen. Durch
die Größe der Ventilsitzflächendurchmesser kann
man das Öffnungsverhalten
der Ventilscheibe bezogen auf die Strömungsverbindung variieren. Des
weiteren kann man durch die Wahl der Ventilsitzflächendurchmesser
auch das nutzbare Volumen der Ventilkammer für die jeweilige Durchströmungsrichtung
verändern.
Bei einem großen
Ventilsitzdurchmesser kann sich die Ventilscheibe stärker durchbiegen
als bei einem kleineren Ventilsitzdurchmesser. Je größer die
Durchbiegung der Ventilscheibe ausfällt, um so größer ist
auch das nutzbare Volumen der Ventilkammer, wodurch wiederum der
Einsatzpunkt der Dämpfventil
im Kolben bestimmt wird, der wiederum die Dämpfkraftcharakteristik beeinflusst.
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Des weiteren kann die Ventilscheibe
mindestens eine Durchgangsöffnung
aufweisen, deren Lage in Abhängigkeit
der angestrebten richtungsabhängigen
Dämpfwirkung
bezogen auf eine der beiden Ventilsitze ausgeführt ist. Je nach Anordnung
der mindestens einen Durchgangsöffnung
kann erreicht werden, dass z. B. nur in eine Richtung die Strömungsverbindung
geöffnet
und in der anderen Strömungsrichtung
innerhalb der Strömungsverbindung
geschlossen ist. Des weiteren könnte
man auch in einer Mittelstellung der Ventilscheibe die Strömungsverbindung
geöffnet
halten und bei einer größeren Druckdifferenz
zwischen der Ober- und Unterseite die Strömungsverbindung richtungsunabhängig blockieren.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften
Unteranspruch ist die Ventilscheibe zu der Wandung der Ventilkammer
abgedichtet. In der blockierten Schaltstellung der Ventil scheibe
kann zusätzlich
noch die Elastizität
der Ventilscheibe ausgenutzt werden, um Druckspitzen innerhalb der
Strömungsverbindung abzubauen.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll
die Erfindung näher
erläutert
werden.
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Es zeigt:
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1, 3, 5a – 5c Betriebsverhalten bei
einfahrender Kolbenstange;
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2, 4, 6a – 6c Betriebsverhalten bei
ausfahrender Kolbenstange.
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 im Bereich
eines Kolbens 3, wobei es für die Erfindung untergeordnet
ist, ob es sich bei dem Schwingungsdämpfer um ein Aggregat nach
dem Bauprinzip eines Ein- oder Zweirohrschwingungsdämpfer handelt.
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Der Kolben ist an einer Kolbenstange 5 befestigt
und trennt einen mit einem Dämpfmittel
gefüllten
Zylinder 7 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen
Arbeitsraum 9; 11. Zwischen den beiden Arbeitsräumen besteht
mindestens eine Strömungsverbindung 13.
In dem konkreten Beispiel ist innerhalb des Kolbens mindestens ein Dämpfventil 14; 16 angeordnet,
das von nicht dargestellten Ventilscheiben zumindest teilweise abgedeckt
werden. Die Strömungsverbindung 13 verläuft funktional
parallel zu den Dämpfventilen 14; 16.
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Die Strömungsverbindung 13 innerhalb
der Kolbenstane 5 führt
durch eine Ventilkammer 15, die einen zentralen Anschluss 19 und
mindestens einen exzentrischen Anschluss 17 für den zugeordneten Arbeitsraum
aufweist. Innerhalb der Strömungsverbindung
ist eine Ventilscheibe 21 angeordnet, die zumindest partiell
eine axiael Bewegung ausführen kann.
Die Ventilscheibe ist an ihrem Außendurchmesser beidseitig durch
Elastomerringe 23; 25 axial beweglich gelagert
und zur Innenwandung der Ventilkammer abgedichtet.
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Von Böden 27; 29 der
Ventilkammer erstrecken sich Ventilsitzflächen 31, 33 in
Richtung der Ventilscheibe. Die Ventilsitzfläche für die Anlage der Oberseite
der Ventilscheibe weist einen anderen Durchmesser auf als die Ventilsitzfläche für die Anlage
der Unterseite. Die Anschlüsse 17, 19 legen
bis zu der Ventilscheibe jeweils Abschnitte 35, 37 der
Strömungsverbindung
fest.
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Die Ventilscheibe weist mindestens
eine Durchgangsöffnung 39 auf,
deren Teilkreisdurchmesser in Abhängigkeit einer angestrebten
Dämpfkraftkennlinie
des Schwingungsdämpfers,
insbesondere im Bereich hochfrequenter Kolbenstangenstangenbewegungen,
festgelegt ist.
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In der 1 ist
die mindestens eine Durchgangsöffnung
innerhalb einer Ringfläche
(41) angeordnet, deren Innen- und Außendurchmesser durch die beiden
Ventilsitzflächen 31; 33 begrenzt
werden. Die Durchgangsöffnungen 39 gehen
keinesfalls über den
Außendurchmesser
der größeren Ventilsitzfläche und
ebenfalls nicht über
den Innendurchmesser der kleineren Ventilsitzfläche hinaus. Aufgrund des kleineren
Ventilsitzdurchmessers der Ventilsitzfläche 33 im Vergleich
zur Ventilsitzfläche 31 kann
sich die Ventilscheibe 21 bei einer Hubbewegung in Richtung des
Arbeitsraums 9 stärker
verformen als bei einer entgegengesetzten Hubbewegung. Deshalb steht
bei einer Hubbewegung in Richtung des Arbeitsraums 9 ein
größeres Kammervolumen
zwischen dem Boden 29 der Ventilkammer und der elastischen
Ventilscheibe 21 zur Verfügung, so dass das Dämpfventil 16 im Vergleich
zum Dämpfventil 14 erst
nach einem größeren Hubweg
eine Öffnungsbewegung
ausführt. Dieses
Prinzip ist auch in den weiteren Ausführungsformen nach den 3 bis 6c beibehalten.
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Bei stationärer Kolbenstange 5 nimmt
die Ventilscheibe 21 eine Axialposition zwischen den beiden
Ventilsitzflächen 31; 33 ein.
Es besteht kein Kontakt zwischen der Ventilscheibe und den Ventilsitzflächen. Bei
einer Kolbenstangenbewegung in Richtung des kolbenstangenfernen
Arbeitsraums 11 wird die Ventilscheibe 21 aufgrund
der druckbeaufschlagten Unterseite 45 in Richtung der größeren Ventilsitzfläche 31 bewegt.
In diesem Fall ist die Ventilscheibe elastisch ausgeführt und
kommt nach einer gewissen Axialbewegung mit seiner Oberseite 47 an
der größeren Ventilsitzfläche zur
Anlage 31. Bis zu dieser Schaltstellung der Ventilscheibe
bestand zwischen den beiden Arbeitsräumen über die Durchlassöffnung 39 in
der Ventilscheibe 21 eine geöffnete Strömungsverbindung 13 in
Verbindung mit einer kleineren Dämpfkraft.
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In der in 1 dargestellten Schaltposition der Ventilscheibe
ist die mindestens eine Durchgangsöffnung bezogen auf eine Anströmung aus Richtung
der Unterseite der Ventilscheibe wirkungslos, da die größere Ventilsitzfläche die
radial innenliegende Durchgangsöffnung
zum exzentrisch angeordneten Anschluss 17 trennt. Bei einer
weiteren Druckbelastungssteigerung kann sich noch eine elastische
Deformation der Ventilscheibe radial innerhalb und außerhalb
der größeren Ventilsitzfläche 31 einstellen
und einen weichen Übergang
der Dämpfkraftkennlinie
in Richtung weiterer Dämpfkraftsteigerung
einleiten.
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Die 2 zeigt
dieselbe technische Ausführung
der Erfindung mit einer Anströmung
der Ventilkammer 15 aus dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9.
Ausgehend von der bei Stillstand der Kolbenstange vorliegenden Mittelstellung
der Ventilscheibe 21 wird die Ventilscheibe auf die kleinere
Ventilsitzfläche 33 vorgespannt,
wobei die Durchgangsöffnung 39 aber
radial außerhalb
der kleineren Ventilsitzfläche
angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung
ist wiederum nicht wirksam, so dass eine Blockierstellung innerhalb
der Strömungsverbindung 13 eintritt.
Es kann aber, wie schon für
die umgekehrte Anströmungsrichtung
beschrieben, eine zusätzliche
Axialverschiebung der Ventilscheibe aufgrund der Eigenelastizität ausgenutzt
werden, um die obere Hälfte
der Ventilkammer 15, die von der Ventilscheibe begrenzt wird,
aufweiten zu lassen.
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Die 3 und 4 zeigen eine Abwandlung
der Durchlassöffnung 39 innerhalb
der Ventilscheibe 21, wodurch es zu einem deutlich veränderten
Betriebsverhalten bezüglich
der Dämpfkraft
innerhalb der Ventilkammer 15 kommt. Die wirksame Durchlassöffnung bei
einer Anströmung
der Unterseite 45 der Ventilscheibe 21 beschränkt sich
auf den Querschnittsbereich radial außerhalb der größeren Ventilsitzfläche 31.
Bei der Herstellung der Durchlassöffnung 39 muss man
nicht exakt einen vorbestimmten Querschnitt am Werkzeug vorsehen,
sondern kann ein Standardwerkzeug verwenden und durch Veränderung
der radialen Lage der Durchlassöffnung
den wirksamen Querschnittsbereich festlegen. Gerade bei sehr kleinen
wirksamen Quer schnitten kann man deutlich größere Werkzeuge, z. B. Stanzwerkzeuge einsetzen,
wodurch die Standzeit des Werkzeug deutlich gesteigert werden kann.
Wenn das Dämpfmedium
durch den unteren Abschnitt 37 der Strömungsverbindung 13 in
die unterer Ventilkammerhälfte
strömt
und dabei die Ventilscheibe 21 gegen die größere Ventilsitzfläche 31 vorspannt
ist, ist erst der gesamte Querschnitt der Durchlassöffnungen 39 wirksam
und nach der Anlage der Oberseite 47 der Ventilscheibe 21 lediglich
noch der, der sich radial außerhalb
der größeren Ventilsitzfläche 31 erstreckt. Damit
wird ein Anstieg der Dämpfkraftkennlinie
in einem zweiten Kennlinienbereich erzeugt. Im ersten Dämpfkraftkennlinienbereich
bestimmt der gesamte Querschnitt der Durchlassöffnungen 39 die Dämpfkraft.
Bei einer Anströmung
der Ventilscheibe an der Oberseite nach 4 stellt sich das Betriebsverhalten gemäß der 2 ein, da übereinstimmend
der gesamte Querschnitt der Durchlassöffnung 39 radial außerhalb
der kleinen Ventilsitzfläche 33 angeordnet ist.
Selbstverständlich
kann die Durchlassöffnung
bei diesem gewünschten
Betriebsverhalten auch vollständig
radial außerhalb
der größeren Ventilsitzfläche 31 ausgeführt sein.
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Mit den 5a – 5c und 6a – 6c soll dargestellt werden,
dass strömungsrichtungsabhängig auch
unterschiedliche Querschnitte der mindestens einen Durchlassöffnung nutzbar
sein können,
wenn die Ober- oder Unterseite der Ventilscheibe auf den zugehörigen Ventilsitzflächen zu
Anlage kommen.
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Grundsätzlich sind drei Grundformen
der Anordnung und Ausgestaltung der mindestens einen Durchlassöffnung denkbar.
Zum einen kann man, wie 5a zeigt,
eine erste und eine zweite Durchlassöffnung 39a; 39 vorsehen,
wobei die erste 39a radial außerhalb der größeren Ventilsitzfläche und
eine zweite Durchlassöffnung
radial innerhalb der kleineren Ventilsitzfläche angeordnet ist. Die erste
Durchlassöffnung 39a ist
nur funktionsbestimmend für
eine Anströmung
aus der unteren Ventilkammerhälfte
auf die Unterseite 45 der Ventilscheibe. Hingegen kann die
zweite Durchlassöffnung 39b innerhalb
der kleineren Ventilsitzfläche 33 nur
bei einer Anströmung der
Oberseite 47 der Ventilscheibe 21 wirksam werden.
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Eine zweite Grundform ist in den 5b/6b dargestellt, bei der mindestens zwei
Durchlassöffnungen
vorliegen, von den sich mindestens eine erste 39a radial über die
größere Ventilsitzfläche 31 und mindestens
eine zweite 39b radial über
die kleine Ventilsitzfläche 33 erstreckt.
Die Durchlassöffnungen 39a; 39b verbinden
jeweils die Ventilkammerbereiche radial innerhalb und außerhalb
der zugeordneten Ventilsitzflächen 31; 33.
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Bei einer Anströmung der Ventilscheibe auf die
Unterseite 45 ist nur der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 39a wirksam,
der sich nach radial außen über die
größere Ventilsitzfläche 31 erstreckt. Bei
umgekehrte Anströmung
auf die Oberseite 47 ist lediglich der Restquerschnitt
der Durchgangsöffnung 39b wirksam,
der sich nach radial innen über
die kleinere Ventilsitzfläche 33 erstreckt.
Bei kleinen Kolbenstangengeschwindigkeiten und einer axial Ventilscheibenposition
mit Abstand zu beiden Ventilsitzflächen bestimmt die Summe der
Querschnitte alle Durchgangsöffnungen 39a; 39b die
Dämpfkraft.
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Eine dritte Lösung gemäß den 5c/6c kann
darin liegen, dass man die mindestens eine Durchgangsöffnung 39 in
ihrer radialen Ausdehnung einerseits über den Außendurchmesser der größeren Ventilsitzfläche 31 hinaus
und nach radial innen kleiner als den Innendurchmesser der kleineren
Ventilsitzfläche 33 ausführt.