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Die
Erfindung betrifft ein verstellbares Dämpfventil entsprechend dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 196 24 895 C1 beschreibt
ein verstellbares Dämpfventil,
das ein Vorstufenventil zur Steuerung eines Hauptstufenventils umfasst.
In Abhängigkeit
der Schließkraft
einer Feder und eines Steuerdrucks im Steuerraum des Vorstufenventils stellt
sich eine Hublage des Hauptstufenventilkörpers ein, wobei zwischen der
Hublage linear und einem Durchlassquerschnitt ein linearer Funktionszusammenhang
besteht.
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Es
gibt Fahrzeugabstimmungen, die ein tendenziell degressives Kennlinienverhalten
des Dämpfventils
verlangen. Eine Möglichkeit
besteht darin, die Bestromungskennlinie des Aktuators zu verändern. Bei
einer stärkeren
Bestromung wird das Vorstufenventil weiter geöffnet, so dass insgesamt eine
weichere Dämpfkraftkennlinie
vorliegen würde.
Dieses Vorgehensweise hat aber auch Grenzen, insbesondere steigt
der Stromverbrauch für
den Aktuator.
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Eine
weitere Möglichkeit
könnte
darin bestehen, dass man für
die Vorspannung des Hauptstufenventilkörpers eine Feder mit einer
abnehmenden Federkraft bei kleiner werdenden Federlängen verwendet.
Schraubendruckfedern weisen aber ein gegenteiliges Federkraftverhalten
auf und eine Tellerfeder ist wegen des in der Regel zu kleinen Federwegs nicht
einsetzbar, so dass zumindest ein Federtellerpaket notwendig wäre.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verstellbares Dämpfventil
mit einem degressiven Dämpfkraftverhalten
zu realisieren.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass bezogen auf eine lineare Betriebsbewegung des Hauptstufenventilkörpers ein überproportionaler
Durchlassquerschnitt eingestellt wird.
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Die
degressive Dämpfkraftkennlinie
des verstellbaren Dämpfventils
wird mit den Ventilteilen erreicht. Man muss nicht in die Regelelektronik
des Aktuators eingreifen.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
ist der Hauptstufenventilkörper
als ein Schieber ausgeführt, der
mindestens zwei Schieberquerschnitte aufweist, die sich bei einer
bestimmten Hublage in ihrer Wirkung überlagern. Ab einer bestimmten
Hublage des Hauptstufenventilkörpers
wird mindestens ein weiterer Schieberquerschnitt freigegeben, wodurch
ein Absenken der Dämpfkraft
erreicht werden kann.
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Zusätzlich liegt
für den
Hauptstufenventilkörper
ein Anschlag zur Begrenzung seiner Betriebsbewegung vor. Damit wird
verhindert, dass mit zunehmender Schieberbewegung der Durchlassquerschnitt
wieder verschlossen wird.
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Alternativ
kann der Hauptstufenventilkörper als
ein Nadelventil mit einer gestuften Ventilfläche ausgeführt sein. Ein Nadelventil ist
tendenziell schmutzunempfindlicher.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung bildet der Hauptstufenventilkörper mit
einer Wandung des Steuerraums einen hydraulischen Endanschlag für die Bewegung
des Hauptstufenventilkörpers.
Es wird dadurch verhindert, dass Schaltgeräusche bei der Schließbewegung
des Hauptstufenventilkörpers
auftreten.
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Dazu
bildet der Hauptstufenventilkörper
mit der Wandung des Steuerraums einen Drosselspalt. Ganz konkret
kann z. B. der Drosselspalt von einer Deckfläche des Hauptstufenventilkörpers und
einem Boden des Steuerraums gebildet werden.
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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 Gesamtdarstellung
des verstellbaren Schwingungsdämpfers
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2 u.
3 Verstellbares Dämpfventil
in verschiedenen Ausführungen
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4 Dämpfkraftkennlinie
des verstellbaren Dämpfventils
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In 1 weist
ein Schwingungsdämpfer
einen Zylinder 1 auf, in dem eine Kolbenstange 3 axial beweglich
angeordnet ist. Eine Führungs-
und Dichtungseinheit 7 führt die Kolbenstange 3 aus
dem oberen Ende des Zylinders heraus. Innerhalb des Zylinders 1 ist
an der Kolbenstange 3 eine Kolbeneinheit 9 mit
einer Kolbenventilanordnung 11 befestigt. Das untere Ende
des Zylinders 1 ist durch eine Bodenplatte 13 mit
einer Bodenventilanordnung 15 abgeschlossen. Der Zylinder 1 wird
von einem Behälterrohr 17 umhüllt. Das
Behälterrohr 17 und
ein Zwischenrohr 5 bilden einen Ringraum 19, der
eine Ausgleichskammer darstellt. Der Raum innerhalb des Zylinders 1 ist
durch die Kolbeneinheit 9 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 Ausgleichskammer 19 ist eine erste Leitungsstrecke,
nämlich
eine Hochdruckteilstrecke 23, gebildet, welche über eine Bohrung 25 des
Zylinders 1 mit der zweiten Arbeitskammer 21b in
Verbindung steht. An diese Hochdruckteilstrecke schließt sich
eine seitlich an dem Behälterrohr 17 angebautes
verstellbares Dämpfventil 27 an.
Von dieser führt,
nicht dargestellt, eine zweite Leitungsstrecke, nämlich eine
Niederdruckteilstrecke 29, in die Ausgleichskammer 19.
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Fährt die
Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 1 nach oben aus,
verkleinert sich die obere Arbeitskammer 21b. Es baut sich
in der oberen Arbeitskammer 21b ein Überdruck auf, der sich nur
durch die Kolbenventilanordnung 11 in die untere Arbeitskammer 21a abbauen
kann, solange das verstellbare Dämpfventil 27 geschlossen
ist. Wenn das verstellbare Dämpfventil 27 geöffnet ist,
so fließt
gleichzeitig Flüssigkeit
von der oberen Arbeitskammer 21b durch die Hochdruckteilstrecke 23 und
das ver stellbare Dämpfventil 27 in
die Ausgleichskammer 19. Die Dämpfcharakteristik des Schwingungsdämpfers beim
Ausfahren der Kolbenstange 3 ist also davon abhängig, ob
das verstellbare Dämpfventil 27 mehr oder
weniger offen oder geschlossen ist.
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Wenn
die Kolbenstange 3 in den Zylinder 1 einfährt, so
bildet sich in der unteren Arbeitskammer 21a ein Überdruck.
Flüssigkeit
kann von der unteren Arbeitskammer 21a durch die Kolbenventilanordnung 11 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 11 geringer ist als der Durchflusswiderstand
der Bodenventilanordnung 15, ebenfalls ein steigender Druck
auf. Dieser steigende Druck kann bei geöffnetem Dämpfventil 27 durch
die Hochdruckteilstrecke 23 wiederum in den Ausgleichsraum 19 überfließen. Dies
bedeutet, dass bei geöffnetem
Dämpfventil 27 der
Stoßdämpfer auch
beim Einfahren dann eine weichere Charakteristik hat, wenn das verstellbare
Dämpfventil 27 geöffnet ist
und eine härtere
Charakteristik, wenn das Dämpfventil 27 geschlossen
ist, genauso wie beim Ausfahren der Kolbenstange. Festzuhalten ist,
dass die Strömungsrichtung
durch die Hochdruckteilstrecke 23 des Bypasses immer die
gleiche ist, unabhängig
davon, ob die Kolbenstange ein- oder ausfährt.
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Die 2 zeigt
das erfindungsgemäße verstellbare
Dämpfventil 27 in
einer Schnittdarstellung. Die Hochdruckteilstrecke 23 ist über einen
Rohrstutzen 31 des Zwischenrohres 5 an ein Hauptstufenventil 33 als
Baugruppe des verstellbaren Dämpfventils 27 angeschlossen.
Das Hauptstufenventil verfügt über einen
Hauptstufenventilkörper 35,
den eine Feder 37 auf eine Zwischenwandung vorspannt. Die Zwischenwandung
begrenzt einen Steuerraum, dessen Druckkraft auf die Rückseite
des Hauptstufenventilkörpers
wirkt. Innerhalb des Hauptstufenventilkörpers ist eine Anschlussöffnung 43 ausgeführt, über die
Dämpfmedium
aus der Hochdruckstrecke 27 in den Steuerraum 41 einströmen kann.
Das Druckniveau im Steuerraum kann durch ein Vorstufenventil 45 bestimmt
werden, das von einem nicht dargestellten Aktuator, z. B. einer
Magnetspule, angesteuert wird. In diesem Fall wird ein Vorstufenventilkörper 47 gegen
die Kraft mindestens einer Feder 49 axial bewegt und durch
einen gezielten Steuerkammerabfluss in die Niederdruckteilstrecke 29 die Druckkraft
im Steuerraum festgelegt.
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Die
Zwischenwand 39 des Hauptstufenventils 33 verfügt über mindestens
zwei Durchtrittsöffnungen 51; 53,
die in die Niederdruckteilstrecke 29 münden. Die Durchtrittsöffnungen 51; 53 sind
bezogen auf die Fließrichtung
des Arbeitsmediums hintereinander angeordnet.
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Der
Hauptstufenventilkörper 35 verfügt über einen
Hülsenabschnitt 55 mit
zwei Schieberquerschnitten 57, 59. Diese Schieberquerschnitte 57, 59 und
die Durchtrittsöffnungen 51; 53 in
der Zwischenwand 39 bestimmen überlagert einen Durchlassquerschnitt,
wobei der Hauptstufenventilkörper
eine Schieberfunktion ausübt.
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Wenn
der Druck im Steuerraum 41 durch Öffnung des Vorstufenventils 45 absinkt
und eine Druckkraft an der Unterseite des Hauptstufenventilkörpers 35 aus
dem Bereich der Hochdruckteilstrecke 23 anliegt, dann bewegt
sich der Hauptstufenventilkörper in Richtung
des Steuerraums 41. Dabei öffnet sich ein erster Durchlassquerschnitt,
der von der Überschneidung
des Durchtrittsquerschnitte 51 und des Schieberquerschnitts 57 gebildet
wird. Bei weiterer linearer Betriebsbewegung wird durch einen dann
zusätzlich
wirksamen zweiten Durchlassquerschnitt bestimmt durch die Überschneidung
des Durchtrittsquerschnitts 53 und des Schieberquerschnitts 59 ein insgesamt überproportionaler
Durchlassquerschnitt bezogen auf die Hublage erreicht. Bei maximal
eingestelltem Durchlassquerschnitt liegt der Hauptstufenventilkörper 35 mit
einem Absatz 61 an der Unterseite der Zwischenwand 39 an,
die einen Anschlag für
das Hauptstufenventil bildet.
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Wenn
der Druck durch eine entsprechende Drosselung des Abflusses von
Arbeitsmedium aus dem Steuerraum 41 ansteigt, dann schließt das Hauptstufenventil
vergleichsweise schnell. Ein hydraulischer Endanschlag verhindert
ein geräuschbelastetes
Aufsetzen des Hauptstufenventilkörpers 35 auf
der Zwischenwand 33, indem der Hauptstufenventilkörper 35 mit
der Wandung des Steuerraums einen Drosselspalt 63 bildet.
Der Drosselspalt 63 wird von einer unterer Deckfläche 65 des
Hauptstufenventilkörpers
und einem Boden 67 des Steuerraums 41 bestimmt.
An der unteren Deckfläche
des Hauptstufenventilkörpers
sind Abstandshalter 69 vorgesehen, deren Höhe den minimalen
Drosselspalt bei geschlossenem Hauptstufenventil festlegen.
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In
der 3 ist eine Alternativvariante zur 2 dargestellt.
Das hydraulische Prinzip ist identisch. Abweichend kommt für den Hauptstufenventilkörper 35 ein
Sitzventil in der Bauform eines Nadelventils mit einer gestuften
Ventilfläche 71 zur
Anwendung. Ausgehend von einem Auflagering 73, der den Anschlag
zur Begrenzung der Be triebsbewegung des Hauptstufenventilkörpers bildet,
erstreckt sich eine erste Ventilfläche 71a mit einem
kleineren Winkel zur Wandung 75 der Hochdruckteilstrecke 23 als eine
sich anschließende
zweite Ventilfläche 71b.
Im Bereich der ersten Ventilfläche 71a wird
in Abhängigkeit
der Betriebsbewegung ein vergleichsweise kleinerer Durchlassquerschnitt
freigegeben. Sobald die zweite Ventilfläche 71b axial in der
Hublage in Überdeckung
mit einer Ventilsitzfläche 77 kommt,
wird aufgrund des größeren Winkels
der Ventilfläche 71b ein
deutlich größerer Durchlassquerschnitt
wirksam.
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Auch
bei dieser Variante kommt ein Endanschlag zur Anwendung, der von
dem Hauptstufenventilkörper 35 und
dem Boden 67 des Steuerraums gebildet wird.
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In
der 4 sind die möglichen
Kennlinienvariationen dargestellt. Das Dämpfventil, wie es aus dem genannten
Stand der Technik bekannt ist, verfügt über eine vereinfachte dargestellte
lineare Kennlinie. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des verstellbaren
Dämpfventil
sind auch geknickte Dämpfkraftkennlinien
möglich.