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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 40 07 261 A1 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt, der ein externes Ventilgehäuse mit jeweils einem verstellbaren Dämpfventil pro Bewegungsrichtung einer Kolbenstange aufweist. Das Ventilgehäuse umfasst pro Dämpfventil eine Einlass- und eine Auslassöffnung, wobei jeder Auslassöffnung ein Rückschlagventil nachgeordnet ist, um an einem Dämpfventilkörper in dem jeweiligen verstellbaren Dämpfventil nur eine Durchströmungsrichtung zuzulassen. Bedingt durch die Bauart als so genanntes Folgeventil würden bei einer wechselseitigen Durchströmung Fehlfunktionen des Ventils auftreten. Grundsätzlich besteht bei der Verwendung eines Rückschlagventils das Problem der Geräuschbildung, die man zwar durch eine geschickte Abstimmung minimieren kann, jedoch technische Grenzen aufzeigt.
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Aus der
DE 197 33 622 C2 ist ein Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft bekannt, der ein Dämpfventil mit zwei Durchströmungsrichtungen aufweist. Für die Bedämpfung der Kolbenstange in Einfahrrichtung besteht jedoch der Nachteil, dass ein Ausgleichsraum dem verstellbaren Dämpfventil hydraulisch parallel geschaltet ist. Folglich wird die maximal erreichbare Dämpfkraft in Einfahrrichtung der Kolbenstange durch den Druck im Ausgleichsraum bestimmt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Dämpfkraft bereitzustellen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme behoben sind.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Schwingungsdämpfer jeweils einen separaten Ausgleichsraum pro Bewegungsrichtung der Kolbenstange aufweist, wobei jeweils ein Dämpfventilkörper des verstellbaren Dämpfventils mit einem Arbeitsraum des Zylinders und einem Ausgleichsraum verbunden ist und der Dämpfventilkörper zwei Durchströmungsrichtungen des verstellbaren Dämpfventils unterliegt, so dass der Dämpfventilkörper des verstellbaren Dämpfventils für eine erste Durchströmungsrichtung eine Dämpfventilfunktion und für eine zweite Durchströmungsrichtung bei einer Anströmung ausgehend vom Ausgleichsraum eine Öffnungsstellung einnimmt.
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Von dem verstellbaren Dämpfventil wird nur eine Durchströmungsrichtung zur Dämpfkrafterzeugung genutzt. Das im Stand der Technik separate Rückschlagventil wird nun funktional vom Dämpfventilkörper gebildet. Ein separates Rückschlagventil im verstellbaren Dämpfventil ist nicht mehr notwendig. Folglich kann vom verstellbaren Dämpfventil kein Geräusch verursacht werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist der Dämpfventilkörper des verstellbare Dämpfventils mindestens eine ventilschließende und eine ventilöffnende druckbeaufschlagte Flächen auf, wobei mindestens eine Ventilfeder und ein Aktuator eine resultierende Schließkraft auf den Dämpfventilkörper ausüben, wobei die ventilöffnende druckbeaufschlagte Fläche für eine Anströmung aus dem Ausgleichsraum so groß dimensioniert ist, so dass die resultierende Schließkraft des Aktuators und der mindestens einen Ventilfeder nahezu kompensiert ist.
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Folglich muss die Aktuatoreinstellung nicht in Abhängigkeit der momentanen Bewegungsrichtung der Kolbenstange durchgeführt werden, so dass die Verstellgeschwindigkeit des Dämpfventils vergleichsweise gering sein kann. Wenn es gewünscht wird, dann kann durch eine entsprechende Abstimmung der ventilöffenden Fläche(n), der ventilschließenden Fläche(n), der Schließkraft der Ventilfeder und der Betriebskennlinie des Aktuators vorgesehen sein, dass die Öffnungsstellung einen gewissen Mindestdruck auf den Dämpfventilkörper benötigt. Sinnvollerweise sollte die Abstimmung aber derart realisiert sein, dass auch bei einer Beibehaltung der maximalen resultierenden Schließkraft des Aktuators bei einer Verdrängung aus einem Arbeitsraum bei einer Bewegungsrichtungsumkehr der Kolbenstange ein Nachströmen aus dem Ausgleichsraum in denselben Arbeitsraum ermöglicht wird, ohne dass ein Unterdruck in dem Arbeitsraum auftritt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das verstellbare Dämpfventil einen Steuerraum zur Erzeugung einer Schließkraft auf den Dämpfventilkörper auf, dessen Druckniveau für eine erste Anströmrichtung über den Aktuator einstellbar ist und dessen Druckniveau für zweite Anströmrichtung unabhängig vom Aktuator ist, wobei das verstellbare Dämpfventil derart angeschlossen ist, dass bei einer Anströmung aus dem Arbeitsraum des Zylinders die Dämpfkraft über den Druck im Steuerraum eingestellt wird.
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Um eine standardisierte und damit kostengünstige Bauweise zu erreichen, weist das verstellbare Dämpfventil für die Bedämpfung der Ausfahrbewegung der Kolbenstange prinzipiell den identischen konstruktiven Aufbau auf wie das verstellbare Dämpfventil für die Bedämpfung der Einfahrbewegung der Kolbenstange in den Zylinder.
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Im Hinblick auf wenige externe Anschlüsse mit dem damit verbundenen Risiko von Leckagen ist ein kolbenstangenferner Arbeitsraum des Zylinders über eine endseitige Öffnung mit dem verstellbaren Dämpfventil verbunden, wobei das verstellbare Dämpfventil in einem Ventilträgergehäuse angeordnet ist.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Ausgleichsraum für einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum außerhalb des Zylinders in einem Speichergehäuse angeordnet, in dem auch das verstellbare Dämpfventil für die Bedämpfung der Kolbenstangenausfahrbewegung ausgeführt ist.
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Um das Nachströmen aus dem Ausgleichsraum durch das verstellbare Dämpfventil in einen Arbeitsraum unter allen Umständen gewährleisten zu können, ist der Ausgleichsraum mit einer Druckvorspannung ausgeführt.
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Für den Fall, dass ein verstellbares Dämpfventil fehlerbedingt nicht mehr betriebsbereit ist, ist dem verstellbaren Dämpfventil ein Druckbegrenzungsventil hydraulisch parallel geschaltet.
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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 Prinzipdarstellung des Schwingungsdämpfers
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2 Verstellbares Dämpfventil als Einzelteil
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Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Schwingungsdämpfers 1, der einen inneren Zylinder 3 aufweist, der von einem Kolben 5 an einer axial beweglichen Kolbenstange 7 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9, 11 unterteilt wird. Der kolbenstangenferne Arbeitsraum 11 ist über eine endseitige Öffnung 13 mit einem ersten verstellbaren Dämpfventil 15 verbunden, das in einem Ventilträgergehäuse 17 angeordnet ist. Ein erster Ausgleichsraum 19 ist in einem äußeren Zylinder 21 des Schwingungsdämpfers 1 angeordnet und hydraulisch mit dem ersten verstellbaren Dämpfventil 15 verbunden.
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Ein zweiter Ausgleichsraum 23, der für den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 vorgesehen ist, ist außerhalb des äußeren Zylinders 21 in einem Speichergehäuse 25 angeordnet, in dem auch ein zweites verstellbares Dämpfventil 27 für die Bedämpfung einer Kolbenstangenausfahrbewegung ausgeführt ist. Somit verfügt jeder Arbeitsraum 9, 11 über einen separaten Ausgleichsraum 21, 23 und ein nur für eine Bewegungsrichtung der Kolbenstange 7 vorgesehenes verstellbares Dämpfventil 15; 27, wobei beide verstellbaren Dämpfventile zwei Durchströmungsrichtungen aufweisen. Beide Ausgleichsräume 21; 23 sind mit einer Druckvorspannung ausgeführt und zumindest dem ersten verstellbaren Dämpfventil 15, das bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 7 wirksam ist, ist ein Druckbegrenzungsventil 29 hydraulisch parallel geschaltet.
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Die beiden verstellbaren Dämpfventile 15; 27 für die Bedämpfung der Ein- und Ausfahrrichtung der Kolbenstange 7 sind konstruktiv im Prinzip identisch ausgeführt, so dass die folgenden Ausführungen für beide Ventile gelten. Die verstellbaren Dämpfventile werden über einen Aktuator in der Bauform einer Magnetspule 31 angesteuert. Die Magnetspule 31 wirkt auf einen Anker 33, an dem sich, wie in der 2 vergrößert dargestellt ist, wiederum ein einstellbarer Vorstufenventilkörper 35 in der Bauform eines Kegelstifts abstützt. Der Kegelstift wird von einer Ventilfeder 37 auf einen Dämpfventilkörper 39 vorgespannt und verschließt damit eine Anschlussöffnung 41 an einen Rückraum 43. Der Rückraum 43 wird von einer ventilschließenden druckbeaufschlagten Fläche D1 des Dämpfventilkörpers 39 und einer Innenwandung eines Ventiltopfs 45 gebildet, in dem auch der Anker 33 axial gleitet.
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Der Dämpfventilkörper 39 verfügt über eine mit dem Durchmesser D2 ventilöffnende druckbeaufschlagte Fläche 47 an der dem Rückraum 43 abgewandten Seite. Über eine Ringwandung 49, die endseitig eine Ventilfläche 51 aufweist, stützt sich der Dämpfventilkörper 39 auf einem Ventilsitzring 53 ab, der axial schwimmend innerhalb des Ventiltopfes 45 gelagert ist. Die Innenwandung des Ventilsitzrings 53 ist gestuft ausgeführt und verfügt in Richtung der Ventilfläche 51 über einen größeren Innendurchmesser als an seinem gegenüberliegenden in Richtung eines der Ausgleichsräume 19; 23 weisenden Endes. Der Durchmesser D2 der druckbeaufschlagten Fläche 47 erstreckt sich radial innerhalb des Innendurchmessers einer Ventilsitzfläche 55 des Ventilsitzrings 53 und ist deutlich größer ausgeführt als der Innendurchmesser D1 des Rückraums 43. Die ventilöffnende Funktion der druckbeaufschlagten Fläche 47 stellt sich bei einer Anströmung ausgehend vom Ausgleichsraum durch die Öffnung des Ventilsitzringes 53 ein.
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Auf den Dämpfventilkörper 39 wirkt eine willkürlich einstellbare resultierende Schließkraft, die von der Kraft der Ventilfeder 37 und der entgegengesetzt wirksamen Magnetkraft gebildet wird. Des Weiteren wirkt eine Schließkraft, die vom Druck im Rückraum 43 abhängig ist. Dabei ist aber zuberücksichtigen, dass der Rückraum 43 und die druckbeauschlagte Fläche 47 über mindestens einen Axialkanal 57 miteinander verbunden sind. Folglich sind auch die Druckverhältnisse gleich. Die wirksame ventilöffenende Fläche wird von der Differenz D2–D1 der beiden Fläche 47 und der Öffnung Ventiltopf 45 gebildet. Die verstellbaren Dämpfventile 15; 27 sind hinsichtlich der druckbeaufschlagten Flächen derart dimensioniert, dass die resultierende Schließkraft des Aktuators 31 und der mindestens einen Ventilfeder 37 bei einer Anströmung durch die Öffnung des Ventilsitzringes 53 zumindest nahezu kompensiert ist. Über diese Öffnung ist jeweils der Ausgleichsraum 19; 23 an den Dämpfventilkörper 39 des verstellbaren Dämpfventil angeschlossen, so dass der Dämpfventilkörper 39 des verstellbaren Dämpfventils 15; 27 für diese Durchströmungsrichtung eine Öffnungsstellung einnimmt. Durch die Kompensation der Schließkraft des Aktuators kann man erreichen, dass die momentane Bestromung des Aktuators für das Einnehmen der Öffnungsstellung des Dämpfventilkörpers praktisch keine Rolle.
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Wenn das Dämpfmedium von dem Kolben 5 aus einem Arbeitsraum 9; 11 verdrängt wird, dann steht das Dämpfmedium an einer druckbeaufschlagten Ringfläche an, die von der Differenz des Außendurchmesser D3 des Dämpfventilkörpers 39 und einem Aufsitzdurchmesser D4 des Ventilsitzrings 53 auf dem Ventiltopf 45 bestimmt wird. Bei einer Anströmung über mindestens eine radiale Öffnung 59 hebt der Ventilsitzring 53 zusammen mit dem Dämpfventilkörper 39 von einer Aufsitzfläche 61 ab und gibt die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 9; 11 und dem Ausgleichsraum 19; 23 frei. Die Größe der druckbeaufschlagten ventilöffnenden Fläche 47 am Dämpfventilkörper 39 und dem Ventilsitzring bezogen auf die Anströmung über den Ventilsitzring hat keinen Einfluss auf das Betriebsverhalten des verstellbaren Dämpfventils bei einer Anströmung ausgehend von einem der Arbeitsräume 9; 11.
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Bei einer Anströmung des Dämpfventils ausgehend von einem Arbeitsraum 9; 11 kann Dämpfmedium über einen Bypass 63, der mit einer Drossel 65 ausgeführt ist, in einen Steuerraum 67 mit einer ventilschließenden druckbeauschlagten Fläche mit der Größe D3–D1. fließen. Der Abhub des Dämpfventilkörpers 39 wird von der resultierenden Schließkraft des Aktuators 33 mitbestimmt. Der Druck innerhalb der Anschlussöffnung 41 auf den Kegelstift 35 mit der druckbeaufschlagten Fläche D5 hebt den Kelgelstift 35 mehr oder weniger an, wodurch der Dämpfventilkörper 39 eine Folgebewegung in Richtung des Kegelstifts 35 ausführen kann. In Abhängigkeit der Stellung des Kegelstifts 35 stellt sich ein Druckgefälle zwischen dem Steuerraum 67 und dem Rückraum 43 ein. Der Dämpfventilkörper 39 hebt zusammen mit dem Ventilsitzring 53 von dem Aufsitzfläche 61 ab und gibt die Strömung in Richtung eines der angeschlossenen Ausgleichsräume ab. Ändert sich die Bewegungsrichtung der Kolbenstange wieder, dann kann die momentane Bestromung der Magnetspule 31 beibehalten werden.
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Je nach Abstimmung der Flächen D1 und D2 kann auch das Öffnungsverhalten des Dämpfventilkörpers 39 bei einer Anströmung ausgehend vom Ausgleichsraum mit einem Dämpfkraftanteil verbunden sein. Dann summieren sich die Dämpfkräfte, die aufgrund der Anströmung aus einem Arbeitsraum an einem der Dämpfventilkörper und einer Anströmung aus einem Ausgleichsraum des Dämpfventilkörpers des anderen verstellbaren Dämpfventils auftreten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- innerer Zylinder
- 5
- Kolben
- 7
- Kolbenstange
- 9
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 11
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 13
- endseitige Öffnung
- 15
- erstes verstellbares Dämpfventil
- 17
- Ventilträgergehäuse
- 19
- erster Ausgleichsraum
- 21
- äußerer Zylinder
- 23
- zweiter Ausgleichsraum
- 25
- Speichergehäuse
- 27
- zweites Dämpfventil
- 29
- Druckbegrenzungsventil
- 31
- Magnetspule
- 33
- Anker
- 35
- Vorstufenventilkörper
- 37
- Ventilfeder
- 39
- Dämpfventilkörper
- 41
- Anschlussöffnung
- 43
- Steuerraum
- 45
- Ventiltopf
- 47
- ventilöffnende Fläche
- 49
- Ringwandung
- 51
- Ventilfläche
- 53
- Ventilsitzring
- 55
- Ventilsitzfläche
- 57
- Axialkanal
- 59
- Öffnung
- 61
- Aufsitzfläche
- 63
- Bypass
- 65
- Drossel
- 67
- Steuerraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4007261 A1 [0002]
- DE 19733622 C2 [0003]
