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Die Erfindung betrifft ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein gattungsbildendes Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer ist beispielsweise aus der
DE 24 24 040 A1 bekannt. Bei einem konventionellen Schwingungsdämpfer wird ein in der Regel inkompressibles Dämpfmedium infolge einer Federungsbewegung durch ein Dämpfventil verdrängt. In der Regel umfasst ein gattungsbildendes Dämpfventil mindestens einen zumindest teilweise mit einer federkraftbelasteten Ventilscheibe abgedeckten Drosselkanal, welcher im Betrieb des Schwingungsdämpfers von dem Dämpfmedium durchströmt wird.
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Die Geschwindigkeit des Dämpfmediums während der Durchströmung des Kolbens 1 bei Federungsbewegungen ist im Allgemeinen von dem Ausmaß und der Geschwindigkeit der Federungsbewegung abhängig. Die Richtung der Federungsbewegung bestimmt die Strömungsrichtung des Dämpfmediums durch das Dämpfventil.
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Bei großen und/oder schnellen Federungsbewegungen erzeugt das durch den Drosselkanal fließende Dämpfmedium genügend Druck auf die Ventilscheibe, sodass das Dämpfmedium die Ventilscheibe von dem Ventilkörper wegdrücken und von der Ventilscheibe bedämpft durch den Drosselkanal fließen kann.
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Bei kleinen und/oder langsamen Federungsbewegungen bleibt der Drosselkanal von der Ventilscheibe abgedeckt. Das Dämpfmedium strömt dann durch permanent offene und nicht verschließbare, im Dämpfventil ausgeführte Fluidkanäle, sogenannte konstante Durchlässe. Diese umfassen in der Regel eine erste Öffnung für das Dämpffluid, eine zweite Öffnung und einen die beiden Öffnungen verbindenden Verbindungsabschnitt, welcher als eine Bohrung oder aber als eine parallelwandige, im Wesentlichen quaderförmige Prägung ausgeführt ist. Durch die Wahl der Größe des Fluidkanals kann die Größe der Dämpfkraft eingestellt werden, welche durch die Verdrängung des Dämpfmediums durch den geometrisch festen Fluidkanal erzeugt wird.
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Im Allgemeinen gilt, dass die Dämpfkraft eines konstanten Durchlasses von der Größe des Fluidkanals, sowie der Länge dessen parallelwandigen Verbindungsabschnitts und der Viskosität des Dämpfmediums abhängig ist. Aufgrund des Spaltströmungseffekts beeinflusst die Länge des parallelwandigen Verbindungsabschnitts dabei den Dämpfmediumdruck in dem Fluidkanal wegen der Wandreibung maßgeblich. Bei einer Erhöhung der Viskosität des Dämpfmediums verstärkt sich dieser Effekt.
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Bei den Dämpfventilen der vorstehend genannten Art besteht generell folgendes Problem. Bei einer Temperaturveränderung des Dämpfmediums, welches in der Regel bei einem Schwingungsdämpfer eingesetzt wird, verändert sich dessen Viskosität. Das wiederum eine Veränderung der durch den Fluidkanal erzeugten Dämpfkraft bewirkt. Da sich solche Veränderungen auf die gesamte Dämpfkraftkennlinie auswirken, sind diese nicht erwünscht.
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Die vorliegende Erfindung hat somit die Aufgabe, ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer anzugeben, welches die temperaturabhängige Veränderung der durch den Fluidkanal erzeugten Dämpfkraft reduziert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verbindungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass ein Querschnitt der zweiten Öffnung, ein Mehrfaches eines Querschnitts der ersten Öffnung beträgt und wobei der Verbindungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass sich dessen Querschnitt über dessen gesamte Längenerstreckung von der ersten Öffnung bis zu der zweiten Öffnung stetig vergrößert.
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Da sich der Querschnitt des Verbindungsabschnitts des Fluidkanals über dessen gesamte Längenerstreckung von der ersten Öffnung bis zu der zweiten Öffnung stetig vergrößert und somit der Verbindungsabschnitts des Fluidkanals nicht parallelwandig ausgeführt wird, kann die Wandreibung in dem Fluidkanal deutlich reduziert und somit auch der Spaltströmungseffekt nahezu eliminiert werden.
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Dadurch wird die temperaturabhängige Veränderung der durch den Fluidkanal erzeugten Dämpfkraft bis auf ein Minimum reduziert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Dämpfventils sind in den abhängigen Ansprüchen, sowie in den Figuren angegeben.
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Gemäß weiteren vorteilhaften Ausführungsvarianten kann der Verbindungsabschnitt des permanent offenen Fluidkanals zwischen dessen erster Öffnung und dessen zweiter Öffnung pyramidenförmig oder auch kegelförmig ausgebildet sein. Dies kann durch einen Prägevorgang erfolgen.
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Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die temperaturabhängige Veränderung der durch den Fluidkanal erzeugten Dämpfkraft sich besonders einfach reduzieren lässt wenn ein Öffnungswinkel α des Verbindungsabschnitts des permanent offenen Fluidkanals größer oder gleich 12° ist.
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Durch die Änderung des Öffnungswinkels α des Verbindungsabschnitts und/oder durch die Anordnung mehrerer permanent offener Fluidkanäle und/oder durch die Ausrichtung der permanent offenen Fluidkanäle kann die gesamte Dämpfkraftkennlinie des Schwingungsdämpfers zusätzlich eingestellt werden. Dabei kann es vorteilhaft sein die Fluidkanäle funktionsgleich bezogen auf eine Flussrichtung des Dämpfmediums auszurichten, um den Durchfluss des Dämpfmediums durch die Fluidkanäle und/oder den technischen Effekt der Erfindung zu verstärken. Somit kann es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Fluidkanäle bezogen auf eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums durch das Dämpfventil gleichsinnig zueinander ausgerichtet sind.
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Will man den erfindungsgemäßen technischen Effekt in beiden Strömungsrichtungen des Dämpfmediums durch das Dämpfventil erzielen, so sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass zumindest ein Fluidkanal bezogen auf eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums gegensinnig zu zumindest einem weiteren Fluidkanal ausgerichtet ist. Durch die Wahl der in eine oder in andere Richtung ausgerichteten Fluidkanäle kann der erfindungsgemäße technische Effekt gezielt für jede Strömungsrichtung des Dämpfmediums eingestellt werden.
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Anhand folgender Figuren soll die Erfindung nun näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: eine teilweise Schnittdarstellung einer beispielsweisen Ausführungsvariante eines Dämpfventils gemäß Patentanspruch 1;
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2: eine perspektivische Darstellung eines Dämpfventils gemäß 1;
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3: eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer beispielsweisen Ausführungsvariante eines Fluidkanals gemäß 2;
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4: eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer weiteren beispielsweisen Ausführungsvariante eines Fluidkanals;
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5: eine perspektivische Darstellung eines Dämpfventils.
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1 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung einer beispielsweisen Ausführungsvariante eines Dämpfventils gemäß Patentanspruch 1. Bei der 1 handelt es sich um eine teilweise Schnittdarstellung. Der Schwerpunkt der Darstellung in 1 wurde auf nur eine Durchströmungsrichtung gelegt, was den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll.
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Das in der 1 dargestellte Dämpfventil 1 ist an einem Kolben 23 eines Kraftfahrzeug-Schwingungsdämpfers ausgeführt, welches innerhalb eines mit einem Dämpfmedium gefüllten Arbeitszylinders 19, gegenüber einer Zylinderinnenwand abgedichtet angeordnet ist und den Innenraum des Arbeitszylinders 19 in einen ersten Arbeitsraum 20 und einen zweiten Arbeitsraum 21 unterteilt. Der Kolben 23 ist an einem Kolbenstangenzapfen 13 einer Kolbenstange 12 angeordnet und mit einem Verspannbauteil 16 mit der Kolbenstange 12 fest verbunden. Das Dämpfventil 1 umfasst einen Ventilkörper 2 mit mindestens einem, eine Eintrittsöffnung 4 und eine Austrittsöffnung 5 aufweisenden Durchlasskanal 3 für eine Durchströmungsrichtung 22 des Dämpfmediums. Die Austrittsöffnung 5 des Durchlasskanals 3 ist mit mindestens einer federkraftbelasteten Ventilscheibe 6 abgedeckt.
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Wie in der 1 bis 5 dargestellt, weist das Dämpfventil 1 für mindestens eine Durchströmungsrichtung 22 mindestens einen permanent offenen und nicht verschließbaren Fluidkanal 7; 8 für das Dämpfmedium. Der Fluidkanal 7; 8 umfasst eine erste Öffnung 9, für den Eintritt des in die definierte Durchströmungsrichtung 22 fließenden Dämpfmediums, einer zweiten Öffnung 10, für den Austritt des Dämpfmediums und einem Verbindungsabschnitt 11, welcher die erste Öffnung 9 und die zweite Öffnung 10 miteinander verbindet. Alle Figuren zeigen, dass der Fluidkanal 7; 8 derart ausgebildet ist, dass ein Querschnitt der zweiten Öffnung 10, ein Mehrfaches eines Querschnitts der ersten Öffnung 9 beträgt und dass sich ein Querschnitt des Verbindungsabschnitts 11 über dessen gesamte Längenerstreckung von der ersten Öffnung 9 bis zu der zweiten Öffnung 10 vergrößert.
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Im Folgenden soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Dämpfventils 1 näher erläutert werden.
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In Folge einer Federungsbewegung des Schwingungsdämpfers wird der Kolben 23 innerhalb des Zylinderinnenraums verschoben. Verschiebt sich der Kolben in Richtung des ersten Arbeitsraums 20, so wird das Dämpfmedium aus dem ersten Arbeitsraum 20 durch das Dämpfventil 1 in den zweiten Arbeitsraum 21 verdrängt. Dabei strömt das Dämpfmedium durch den Durchlasskanal 3 mit dessen Eintrittsöffnung 4 zu dessen Austrittsöffnung 5, welche von der Ventilscheibe 6 abgedeckt ist. Ist der hydraulische Druck des Dämpfmediums nicht groß genug, um die Ventilscheibe 6 abzuheben, so strömt das Dämpfmedium durch den Fluidkanal 7. Dadurch, dass der Querschnitt der zweiten Öffnung 10, ein Mehrfaches eines Querschnitts der ersten Öffnung 9 beträgt und dass sich ein Querschnitt des Verbindungsabschnitts 11 über dessen gesamte Längenerstreckung von der ersten Öffnung 9 bis zu der zweiten Öffnung 10 vergrößert, wird die Wandreibung in dem Fluidkanal deutlich reduziert. Dabei gilt: je größer e ein Öffnungswinkel α zwischen zwei Wandungen des Verbindungsabschnitts 11 des permanent offenen Fluidkanals 7; 8 gewählt wird, desto kleiner ist die Wandreibung in dem Fluidkanal. Die besten Untersuchungsergebnisse wurden mit einem Verbindungsabschnitt 11 des permanent offenen Fluidkanals 7; 8 erzielt, dessen Öffnungswinkel α gleich oder größer 12° betrug.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, kann der Verbindungsabschnitt 11 des permanent offenen Fluidkanals 7; 8 zwischen dessen erster Öffnung 9 und dessen zweiter Öffnung 10 im Wesentlichen pyramidenförmig, oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein. In der 3 ist eine pyramidenförmige oder eine pyramidenstumpfförmige Ausführung des Fluidkanals 7; 8, in Form einer gedachten liegenden Pyramide besonders deutlich erkennbar. Dabei ist die erste Öffnung 9 an einer Spitze der gedachten Pyramide und die zweite Öffnung 10 an der Grundfläche der gedachten Pyramide ausgeführt.
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Darüber hinaus zeigt die 3, dass der permanent offene Fluidkanal 7; 8 zwischen dem Ventilkörper 2 und der Ventilscheibe 6 ausgeführt ist und dass der Fluidkanal 7; 8 zwischen der Ventilscheibe (6) und dem Ventilkörper (2) einen Öffnungswinkel β aufweist. Dabei kann der Öffnungswinkel β des Verbindungsabschnitts 11 des permanent offenen Fluidkanals 7; 8 größer oder gleich 6° betragen.
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Die Grundfläche der gedachten Pyramide kann dabei als ein einfaches konvexes Polygon ausgestaltet sein. Diese Ausführung ist in den Figuren nicht abgebildet, ist jedoch ebenfalls möglich.
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Eine weitere mögliche Ausführungsvariante des Verbindungsabschnitts 11 ist in der 4 gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsvariante ist der Verbindungsabschnitt 11 des permanent offenen Fluidkanals 7; 8 zwischen dessen erster Öffnung 9 und dessen zweiter Öffnung 10 im Wesentlichen kegelförmig oder auch kegelstumpfförmig ausgebildet. Die erste Öffnung 9 ist gemäß 4 an einer Spitze eines gedachten Kegels und die zweite Öffnung 10 an einer Grundfläche des gedachten Kegels ausgeführt.
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Das Dämpfventil 1 kann mehrere permanent offene Fluidkanäle 7; 8 aufweisen, wobei die Fluidkanäle 7; 8 bezogen auf eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums durch das Dämpfventil 1 gleichsinnig zueinander ausgerichtet sind, wie es in der 2 dargestellt ist.
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Will man jedoch den erfindungsgemäßen technischen Effekt in beiden Strömungsrichtungen des Dämpfmediums durch das Dämpfventil 1 erzielen, so sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass zumindest ein Fluidkanal 7 bezogen auf eine Strömungsrichtung des Dämpfmediums gegensinnig zu zumindest einem weiteren Fluidkanal 8 ausgerichtet ist. Durch die Wahl der Anzahl der in eine oder in andere Richtung ausgerichteten Fluidkanäle 7, 8 und deren Öffnungswinkels α kann der erfindungsgemäße technische Effekt gezielt für jede Strömungsrichtung des Dämpfmediums eingestellt werden.
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Diese forteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Dampfventils 1 ist in der 5 gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventil
- 2
- Ventilkörper
- 3
- Durchlasskanal
- 4
- Eintrittsöffnung
- 5
- Austrittsöffnung
- 6
- Ventilscheibe
- 7
- Fluidkanal
- 8
- Fluidkanal
- 9
- erste Öffnung
- 10
- zweite Öffnung
- 11
- Verbindungsabschnitt
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstangenzapfen
- 14
- Stützscheibe
- 15
- Stützscheibe
- 16
- Verspannbauteil
- 17
- Kippscheibe
- 18
- Kippscheibe
- 19
- Arbeitszylinder
- 20
- erster Arbeitsraum
- 21
- zweiter Arbeitsraum
- 22
- Durchströmungsrichtung
- 23
- Kolben
- α
- Öffnungswinkel
- β
- Öffnungswinkel
- A
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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