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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
US 20140116825 A1 ist ein verstellbarer Schwingungsdämpfer bekannt, der u. a. für Motorräder beworben wird. Bei einem Motorrad ist die zulässige Baulänge des Schwingungsdämpfers im Vergleich zu einem PKW nochmals schwieriger zu erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass für diese spezielle Anwendung eine verstellbare Dämpfventileinrichtung geeignet ist, die einen konventionelles Kolbenventil und dazu eine parallele Bypassöffnung aufweist, wie die
13 der
US 20140116825 A1 zeigt.
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In einem kolbenstangenseitigen Aktuatorgehäuse ist eine Spule angeordnet, die auf einen Anker eine axiale Verstellkraft ausübt. An dem Anker ist eine Schiebehülse befestigt, die mit einer im Aktuatorgehäuse fixierten Ventilhülse ein Schieberventil bildet. In dem Aktuatorgehäuse ist auch eine Rückstellfeder angeordnet, die die Schiebehülse in eine definierte Ausgangslage vorspannt.
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Das Schieberventil kann in beiden Richtungen durchströmt werden. Es ist leicht erkennbar, dass dynamische Druckkräfte, verursacht durch eine Anströmung über den Kanal im Kolbenstangenzapfen eine Öffnungskraft auf das Schieberventil ausüben. Es liegt zwar ein statischer Druckausgleich vor, da die Vorder- und die Rückseite der Schiebehülse eine identisch große druckbeaufschlagte Fläche aufweisen, doch ist die dynamische Druckkraftkomponente in Richtung des Kanals deutlich größer als auf der Rückseite der Schiebehülse.
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Bei einer Anströmung über die Kanäle im Ringflansch des Kolbenstangenzapfens wirken nur Radialkräfte auf die Schiebehülse, die sich gegenseitig kompensieren. Folglich bestehen deutliche dynamische Druckkraftunterschiede zwischen den beiden Anströmungsrichtungen. Diese Druckkraftunterschiede erschweren die Auslegung z. B. der Rückstellfedern für die Schiebehülse, um eine geforderte Dämpfkraftkennlinie zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dämpfventileinrichtung zu realisieren, bei der dynamische Druckkräfte, die das Öffnungs- und Schließverhalten des Schieberventils beeinflussen, minimiert sind.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorder- und die Rückseite der Schieberhülse bei der Anströmung hydraulisch parallel mit Dämpfmedium beaufschlagt werden.
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Im Gegensatz zum genannten Stand der Technik, bei der die Vorder- und Rückseite der Schieberhülse hydraulisch in Serie mit Dämpfmedium beaufschlagt werden, werden dynamische Druckkräfte an der Schieberhülse weitestgehend kompensiert. Dadurch zeigt die Schiebehülse unabhängig von der Anströmrichtung ein gleichmäßiges Betriebsverhalten, das sich gut beherrschen lässt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Rückstellfeder, die die Schiebehülse in eine Ausgangsposition ausrichtet, außerhalb der Vorder- und Rückseite angreift. Der Vorteil besteht darin, dass eine Rückstellfeder, häufig als Schraubendruckfeder ausgeführt, einen Strömungswiderstand darstellt und folglich auch die dynamischen Druckverhältnisse in der Dämpfventileinrichtung beeinflusst, nun nicht mehr im Strömungsweg liegt und folglich auch keinen Einfluss ausüben kann.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Rückstellfeder innerhalb der Schiebehülse angeordnet und übt auf einen Boden der Schiebehülse die Rückstellkraft aus. Die Schiebehülse kann einen einfachen Querschnitt aufweisen, da keine zusätzlichen Stützflächen für die Rückstellfeder notwendig sind.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Rückstellfeder zwischen dem Boden der Schiebehülse und dem Ventilträger verspannt ist. Der Ventilträger ist ein vergleichsweise stabiles Bauteil, das die auftretenden Kräfte leicht abstützen kann.
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Um das Dämpfventil insgesamt druckausgeglichen zu halten, weist die Schiebehülse mindestens eine Anschlussöffnung zu einem Druckausgleichsraum auf.
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Die Rückstellfeder ist bevorzugt in dem Druckausgleichsraum angeordnet und ist damit radial optimal geführt. Eine seitliche Ausknickung der Feder muss damit nicht mehr befürchtet werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Dämpfventilträger beiderseits eines Ventilquerschnitts des Schieberventils einen Dichthülsenabschnitt aufweist. Zusätzliche separate Dichtmittel, die Leckagen im Schieberventil minimieren und damit das Dämpfverhalten reproduzierbar halten, sind damit nicht mehr erforderlich.
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Optional kann vorgesehen sein, dass der Ventilträger axial verstellbar gelagert ist. Über den Verstellmechanismus kann die Vorspannung der Rückstellfeder beeinflusst werden. Folglich kann man damit auch die Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung ansteuern.
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Um dynamische Druckkräfte aus einem axialen Strömungsweg in einen radialen Strömungsweg und umgekehrt umlenken zu können, weist der Ventilträger einen Zentralkanal auf, an den sich mindestens ein schrägverlaufender Übertragungskanal anschließt. Turbulenzen im Schieberventil werden somit minimiert.
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Um in Umfangsrichtung eine orientierungsfreie Montage und Einbaulage zu vereinfachen, weist der Ventilträger eine umlaufende Sammelnut auf, an der der mindestens eine Übertragungskanal angeschlossen ist.
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Anhand der folgenden Figur soll die Erfindung näher erläutert werden.
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1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer
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2 Detaildarstellung des verstellbaren Ventils
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Die Kombination der 1 und 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 beliebiger Bauart im Bereich einer Dämpfventileinrichtung 3, die an einer axial beweglichen Kolbenstange 5 fixiert ist. Die Dämpfventileinrichtung 3 verfügt über ein Dämpfventil 7 in der Bauform eines Kolbenventils, wobei ein ringförmiger Ventilkörper 9 des Dämpfventils einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder 11 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15 unterteilt.
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Die Dämpfventileinrichtung 3 umfasst ein topfförmiges Gehäuse 17, in dem ein Aktuator 19 angeordnet ist. Der Aktuator 19 umfasst u. a. eine Spule 21, die auf einen Anker 23 eine axiale Verschiebekraft ausübt. Die Spule 21 erzeugt bei einer Bestromung eine Verstellbewegung in Ausfahrrichtung des Ankers 23 aus dem Gehäuse 17. Die radiale Lagerung des Ankers 23 ist in einem Rückschlusskörper 25 und in einer Polscheibe 27 jeweils über Lagerhülsen 29; 31 realisiert. Dadurch ist ein Boden 33, der das Gehäuse 17 in Richtung des Dämpfventils 7 verschließt, unabhängig von dem Aktuator 19 zu betrachten. Der Aktuator 19 ist in Richtung der Spule 21 und einem Kabelanschluss 35 abgedichtet.
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Der Boden 33 des Gehäuses 17 und ein Trägerzapfen 37 sind einteilig ausgeführt und schaffen damit die Verbindung zu dem Dämpfventil 7, bei dem es sich um eine beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Bauform handeln kann, von der hier nur eine Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist. In dieser Schnittdarstellung sind nur Drosselkanäle 39 und die dazugehörigen Ventilscheiben 41 für eine Strömungsverbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 und dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 erkennbar. Für die entgegengesetzte Strömungsrichtung liegt eine vergleichbare Ausgestaltung vor, wobei von dem wirksamen Dämpfventil nur die Ventilscheiben 43 dargestellt sind.
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In dem Trägerzapfen 37 ist ein Bypasskanal 45 zu dem Dämpfventil 7 ausgeführt. Der Bypasskanal 45 wird von einem verstellbaren Ventil 47 angesteuert, das in dem Trägerzapfen 37 angeordnet ist. Bei dem verstellbaren Ventil 47 handelt es sich um ein Schieberventil mit einem Ventilkörper 49 in der Bauform einer Schiebehülse, die auf einem Ventilträger 51 geführt ist. Eine Rückstellfeder 53, die die Schiebehülse 49 in eine Ausgangsrichtung gegen den Anker 23 vorspannt, greift außerhalb einer Vorder- und einer Rückseite 55; 57 der Schiebehülse 49 an.
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Die Rückstellfeder 53 ist dabei innerhalb der Schiebehülse 49 angeordnet und übt auf einen Boden 59 der Schiebehülse 49 die Rückstellkraft aus. Dabei ist die Rückstellfeder 53 zwischen dem Boden 59 und einer Stirnfläche 61 des Ventilträgers 51 axial verspannt.
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Der Ventilträger 51 ist innerhalb des Bypasskanals 45 axial verstellbar gelagert. Dafür ist z. B. eine Gewindeverbindung 63 mit dem Trägerzapfen 37 vorgesehen.
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Der Ventilträger 51 weist einen Zentralkanal 65 auf, der von einer Sacklochöffnung gebildet wird, die in Richtung des Bypasskanals 45 ausgerichtet ist. An den Zentralkanal 65 schließt sich wiederum mindestens ein schrägverlaufender Übertragungskanal 67 an, der an einer umlaufenden Sammelnut 69 des Ventilträgers angeschlossen ist. Die Sammelnut 69 ist bevorzugt in Verlängerung des Übertragungskanals 67 schräg zur Hauptachse des Zentralkanals 65 ausgeführt, um eine ausgerundete Umlenkung der Strömung zu erreichen.
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Die Verbindung zwischen dem Ventilkörper 49 und dem Anker 23 des Aktuators 19 ist als eine einfache Steckverbindung gestaltet. Die Steckverbindung ist als ein Loslager zu verstehen, das für die Übertragung von axialen Druckkräften ausgelegt ist. Ein Radialspalt sorgt für einen Desachsierungsausgleich zwischen dem verstellbaren Ventil 47 und dem Anker 23.
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Das Kolbenventil bzw. das Dämpfventil 7 mit seinen Ventilscheiben 41; 43 und dem ringförmigen Ventilkörper 39 wird von einem Befestigungsmittel 71 fixiert, das in den Bypasskanal 45 eingreift. Das Befestigungsmittel 71 ist als eine Hohlschraube ausgeführt und nutzt einen Gewindeabschnitt, der auch für den Ventilträger 51 vorgesehen ist. Der Innendurchmesser der Hohlschraube 71 ist größer als der Innendurchmesser des Ventilträger 51, so dass eine nicht dargestellte am Ventilträger 51 auch bei montiertem Kolbenventil 7 zugänglich ist.
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Bei der Montage wird in einem separaten Bauabschnitt ein mit der hohlen Kolbenstange 5 verbundenes Gehäuse 17 mit dem Aktuator 19 bestückt. Eine Innen- und eine Außendichtung 73; 75 an einer Isolatorscheibe 77 schützen die Spule 21 und nicht dargestellte Kabelanschlüsse gegen Feuchtigkeit.
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Bei einer Hubbewegung der Kolbenstange 5 wird Dämpfmedium aus dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 in die Drosselkanäle 39 verdrängt. Es wird aber auch Dämpfmedium in den Bypasskanal 45 gefördert. In Abhängigkeit der axialen Position der Schiebehülse 49 wird am verstellbaren Ventil 47 ein Ventilquerschnitt eingestellt. Bei einer großen Bestromung der Spule 21 übt der Aktuator 19 über den Anker 23 eine große Verstellbewegung aus und bewegt die Schiebehülse 49 gegen die Kraft der Rückstellfeder 53. Dadurch wird ein großer Ventilquerschnitt freigegeben, der tendenziell mit einer kleineren Dämpfkraft verbunden ist. Die axial wirksamen dynamischen Druckkräfte werden von dem im Bypasskanal 45 ortsfesten Ventilträger 51 abgestützt. Auf die Schiebehülse 49 wirken von innen nur radiale Kräfte, die sich aber vollständig kompensieren.
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Ohne Bestromung der Spule 21 wird der Ventilkörper 49 von der Rückstellfeder 63 in eine maximale Drosselposition bewegt. Die Drosselposition kann den völligen Verschluss oder auch einen kleinen Drosselquerschnitt bedeuten. Dann wird die vergleichsweise große Dämpfkraft im Wesentlichen von dem Dämpfventil 7 erzeugt.
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Bei einer Kompressionsbewegung der Kolbenstange 5 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 strömt das Dämpfmedium über Radialkanäle 79 im Trägerzapfen 37 in einen Ringraum 81 einen, der nach radial innen von der einer Mantelfläche sowie der Vorder- und der Rückseite 55; 57 der Schiebehülse 49 begrenzt wird. Dabei werden die Vorder- und die Rückseite 55; 57 hydraulisch parallel mit Dämpfmedium beaufschlagt. Mindestens eine Anschlussöffnung 83 sorgt dafür, dass ein Druckausgleichsraum 85 der Schiebehülse ebenfalls mit Dämpfmedium versorgt wird. In diesem Druckausgleichsraum 85 ist auch die Rückstellfeder 53 angeordnet ist. Der Ringraum 81 kann radial auch deutlich schmaler ausgeführt sein, so dass sich der Durchmesser des Trägerzapfens nicht reduzieren lässt.
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Beim Eintritt des Dämpfmediums in mindestens eine Drosselöffnung 87, die mit einer Ventilkante 89 der Sammelnut 69 den Ventilquerschnitt bestimmt, wird das Dämpfmedium von Dichthülsenabschnitten 91; 93 beiderseits des Ventilquerschnitts gegen eine undefinierte Leckage geschützt. Diese Dichthülsenabschnitte 91; 93 wirken selbstverständlich auch bei einer Anströmung des Ventilquerschnitts aus dem Bypasskanal 45.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Dämpfventileinrichtung
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Dämpfventil
- 9
- Ventilkörper
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Gehäuse
- 19
- Aktuator
- 21
- Spule
- 23
- Anker
- 25
- Rückschlusskörper
- 31
- Lagerhülse
- 27
- Polscheibe
- 29
- Lagerhülse
- 33
- Boden
- 35
- Kabelanschluss
- 37
- Trägerzapfen
- 39
- Drosselkanal
- 41
- Ventilscheibe
- 43
- Ventilscheibe
- 45
- Bypasskanal
- 47
- verstellbares Ventil
- 49
- Ventilkörper
- 51
- Ventilträger
- 53
- Rückstellfeder
- 55
- Vorderseite
- 57
- Rückseite
- 59
- Boden
- 61
- Stirnfläche
- 63
- Gewindeverbindung
- 65
- Zentralkanal
- 67
- Übertragungskanal
- 69
- Sammelnut
- 71
- Befestigungsmittel
- 73
- Innendichtung
- 75
- Außendichtung
- 77
- Isolatorscheibe
- 79
- Radialkanal
- 81
- Ringraum
- 83
- Ausschlussöffnung
- 85
- Druckausgleichsraum
- 87
- Drosselöffnung
- 89
- Ventilkante
- 91
- Dichthülsenabschnitt
- 93
- Dichthülsenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20140116825 A1 [0002, 0002]
