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Die Erfindung betrifft ein verstellbares Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei einer verstellbaren Dämpfventileinrichtung wird vielfach ein elektromagnetisch angesteuerter Anker verwendet, der von einer Ventilfeder in eine Endposition, Ventil offen oder Ventil geschlossen vorgespannt wird. Der Begriff „Ventil geschlossen” ist in dem Sinn zu verstehen, dass ggf. noch ein Restquerschnitt geöffnet sein kann.
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Die
DE 40 33 190 C1 beschreibt eine Bauform einer verstellbaren Dämpfventieleinrichtung, bei dem zwei Magnetspulen eingesetzt werden, die auf einen Ventilkörper eine entgegengesetzte Verstellkraft ausüben. In Verbindung mit einer Federanordnung bietet dieses Bauprinzip den Vorteil einer definierten Dämpfkrafteinstellung abweichend von einer maximal großen oder minimal kleinen Dämpfkraft bei Ausfall der Stromversorgung für die Magnetspulen.
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2011 075 792 C1 ist eine verstellbare Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer bekannt, umfassend ein Dämpfventilgehäuse, das von einem Dämpfmedium in zwei Richtungen durchströmt wird, mit einen Ventilkörper und zwei Ventilsitzflächen, von denen eine Ventilsitzfläche über einen Aktuator axial positionierbar ist, wobei bei einem ersten Ventil ein erster Ventilkörper auf einer gehäuseseitigen Ventilsitzfläche und bei einem zweiten Ventil ein zweiter Ventilkörper auf einer aktuatorseitigen Ventilsitzfläche vorgespannt ist, wobei der erste und der zweite Ventilkörper von separaten Bauteilen gebildet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen an die Funktion der Dämpfventileinrichtung gut adaptierbaren Aktuator bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, gekennzeichnet, dass der Aktuator und ein Vorstufenventilkörper zusammen mit einer Vorstufenventilsitzfläche ein Vorstufenventil für ein die beiden Ventile umfassendes Hauptstufenventil bildet, wobei die Vorstufenventilsitzfläche an einem Federspanner ausgeführt ist, über den eine Federanordnung des Hauptstufenventils in ihrer Vorspannung einstellbar ist.
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Das Vorstufenventil bringt den Vorteil, dass mit einem geringen Energieeinsatz auch größere Stellkräfte auf den Federspanner ausgeübt werden können. Die Zweiteilung des Hauptstufenventils vereinfacht die Strömungswege innerhalb der verstellbaren Dämpfventileinrichtung und dessen Gesamtaufbau.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird der Federspanner in Vorspannrichtung über einen Steuerraum des Vorstufenventils und in Abhubrichtung über mindestens einen Anströmquerschnitt zum Hauptstufenventil beaufschlagt wird. Durch die Dimensionierung des Vorstufenventils bzw. des Federspanners kann man den Betriebsdruck sehr genau ausnutzen, um ein bestimmtes Betriebsverhalten zu erreichen, wobei der Energieeinsatz optimierbar ist.
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Im Hinblick auf einen einfachen konstruktiven Aufbau hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Federspanner eine Ventilsitzfläche für eines der Ventile des Hauptstufenventils aufweist.
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Bei einer Anströmung der Ventilkörper des Hauptstufenventils werden beide Einzelventile in dieselbe Richtung und der Federspanner in die entgegengesetzte Richtung belastet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eines der beiden Ventile in Öffnungsrichtung und das andere in Schließrichtung vorgespannt werden. Folglich sind die Leckageverluste innerhalb der Dämpfventileinrichtung vergleichsweise gering.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch begrenzen die Ventilkörper des Hauptstufenventils und der Federspanner eine Einströmkammer endseitig. Diese Bauform vereinfacht ebenfalls die Strömungswege.
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In einer bevorzugten Bauform sind die Einströmkammer und der Steuerraum an gegenüberliegenden Deckseiten des Federspanners ausgeführt.
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Um den Energieeinsatz für den Aktuator zu optimieren ist der Querschnitt des Steuerraums größer als der Querschnitt der Einströmkammer.
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In weiterer Ausgestaltung übt der Aktuator mit zwei getrennt ansteuerbaren Magnetspulen auf den gemeinsamen Vorstufenventilkörper eine entgegen gerichtet wirksame Stellkraft aus, wobei eine Federanordnung den Ventilkörper im stromlosen Betriebszustand in einer definierten Position hält. Damit lässt sich auch bei Ausfall der Energieversorgung eine beliebige Dämpfkraftgrundeinstellung erreichen.
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Im Hinblick auf eine Federanordnung mit einem geringen axialen Bauraumbedarf wird die Federanordnung von einer Scheibenfeder gebildet, die axial in zwei Richtungen verformbar ist.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Die einzige 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1, die in einem Dämpfventilgehäuse 3 an einer Kolbenstange 5 eines nur ausschnittweise dargestellten Schwingungsdämpfers befestigt ist. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Anordnung im Schwingungsdämpfer beschränkt. In einem hülsenförmigen mehrteiligen Dämpfventilgehäuseteil 7a; 7b sind zwei Spulen 9a; 9b als Teil eines Aktuators 11 angeordnet.
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Im Dämpfventilgehäuse 7a; 7b sind in axialer Richtung zwischen den Gehäuseteilen 7a; 7b und zwischen den beiden Magnetspulen 9a; 9b magnetische Widerstände 12a; 12b; 12c; 12d angeordnet, so dass zwei vollkommen getrennte Magnetkraftfelder vorliegen. Der magnetische Widerstand 12a zwischen den beiden Dämpfventilgehäuseteilen 7a; 7b verhindert einen magnetischen Fluss über die gesamte Dämpfventilgehäuselänge. Die beiden Magnetspulen 9a; 9b bilden zusammen mit dem magnetischen Widerstand 12d über eine Beschichtung 14 eine handhabbare Baueinheit. Die magnetischen Widerstände 12b; 12c an den Endbereichen einer Führungshülse 16 verhindern ebenfalls einen Kurzschluss.
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Die Spulen 9a; 9b üben entgegengesetzt wirksame Magnetkräfte auf einen gemeinsamen Vorstufenventilkörper 13 aus, der von einer scheibenförmigen Stellfeder 15 in einer definierten Position bei deaktiviertem Aktuator gehalten wird.
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Der Vorstufenventilkörper 13 verfügt über einen rohrförmigen Achskörper 17, der mit einem ersten Ende in einem scheibenförmigen Rückschlusskörper 19 gelagert ist. Ein Klemmring 21 fixiert die Stellfeder 15 an einer Trennwand 23 des Dämpfventilgehäuses. Die Trennwand 23 ist wiederum innerhalb des Dämpfventilgehäuses 3 geklemmt.
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Der Rückschlusskörper 19 bildet mit einem ersten gestuften Profil 24 des Vorstufenventilkörpers 13 eine erste Polebene für den Übergang der Magnetkraft auf den Vorstufenventilkörper und die Trennwand 23 mit einem zweiten, gegenüberliegenden Profil 26 einen zweiten Übergang für die Magnetkraft auf den Vorstufenventilkörper 13.
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Mit dem anderen Ende ist der Vorstufenventilkörper 13 über seinen rohrförmigen Achskörper 17 in einem Abflusskanal 25 eines Federspanners 27 gelagert. Der Abflusskanal 25 weist denselben Querschnitt auf, wie eine Sacklochbohrung 29 im Rückschlusskörper 19. Der Federspanner 27 umfasst einen zapfenförmigen Führungsabschnitt 31, der in einem Gehäuseabschnitt 33 geführt ist. Der Gehäuseabschnitt 33 bildet mit der Trennwand 23 einen Abflussraum 35 eines Vorstufenventils 37 in der Ausführung eines Sitzventils, wobei der Abflusskanal 25 von einer Ventilsitzfläche 39 des Vorstufenventils 37 eingefasst ist. Dem Führungsabschnitt 31 schließt sich ein Flanschbereich 41 an, der in einer Ringwandung 43 des Gehäuseabschnitts 33 axial beweglich geführt ist.
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Über das Vorstufenventil 37 wird die Dämpfkraft von einem Hauptstufenventil 45 bestimmt. Das Hauptstufenventil 45 umfasst pro Durchströmungsrichtung des verstellbaren Dämpfventils jeweils einen Ventilkörper 47; 49 in Verbindung mit jeweils einer Ventilsitzfläche 51; 53. Ein erster ringförmiger Ventilkörper 47 stützt sich an einer gehäuseseitigen Ventillsitzfläche 51 ab und zentriert sich an der Ringwandung 43. Der zweite ringförmige Ventilkörper 49 stützt sich an der Ventilsitzfläche 53 am Federspanner 27 ab und ist innerhalb des ersten Ventilkörpers 47 radial abgedichtet geführt. Eine Federanordnung 55, in diesem Beispiel eine einzelne Schraubendruckfeder, spannt beide Ventilkörper 47; 49 wechselseitig auf ihre jeweiligen Ventilsitzflächen 51; 53 vor.
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Das Vorstufenventil 37 verfügt über einen Steuerraum 57, der von einer ersten Deckseite 59 des Federspanners 27 und von dem Gehäuseabschnitt 33 begrenzt wird. Über ein sich öffnendes Rückschlagventil 61 kann Dämpfmedium aus einem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 63 in den Steuerraum 57 einfließen, wobei sich in Abhängigkeit eines Abströmquerschnitts an der Ventilsitzfläche 39 des Vorstufenventils 37 ein Steuerdruck im Steuerraum 57 einstellt.
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Parallel dazu fließt über mindestens einen Anströmquerschnitt 65 Dämpfmedium zu einer zweiten Deckseite 67 des Federspanners 27, wobei dieses Dämpfmedium eine entgegengesetzte Kraftkomponente auf dem Federspanner 27 darstellt, d. h. der Druck im Steuerraum wirkt in Vorspannrichtung des Federspanners und die Kraftkomponente an der zweiten Deckseite in der entgegengesetzten Richtung, also der Abhubrichtung des Federspanners.
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Die beiden Ventilkörper 47; 49 des Hauptstufenventils 45 und der Federspanner 27 begrenzen endseitig eine Einströmkammer 69, die über den Anströmquerschnitt 65 gespeist wird. Bei einer Anströmung der Ventile des Hauptstufenventils 45 über den Anströmquerschnitt 65 werden beide Ventilkörper 47; 49 in dieselbe Richtung und der Federspanner 27 in die entgegengesetzte Richtung belastet, d. h. auch bei einer Kompression des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 63 wird eine Stellkraft gegen die Steuerkraft im Steuerraum 57 wirksam.
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Die resultierende Druckkraft im Steuerraum 57 und im Einströmraum 69 bildet eine Vorspannkraft auf die Federanordnung 55 des Hauptstufenventils 45 und bestimmt damit das Abhubverhalten der Ventilkörper 47; 49 von ihren Ventilsitzflächen 51; 53. Das Dämpfmedium kann aus dem Abflussraum 35 und durch ein zweites Rückschlagventil 71 im Federspanner 27 in einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 73 abfließen. Die druckbeaufschlagte Fläche = erste Deckseite 59 des Federspanner zum Steuerraum 57 ist größer als die druckbeaufschlagte Fläche an der gegenüberliegenden Deckseite 67 in der Einströmkammer 69, so dass stets eine resultierende Druckkraft gegen die Federanordnung 55 vorliegt.
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Der Druck in der Einströmkammer 69 wirkt auf eine Stirnseite 75 des zweiten Ventilkörpers 49 innerhalb der Einströmkammer 69 und lässt diesen von der zweiten Ventilsitzfläche 59 abheben. Der erste Ventilkörper 47 wird dabei zusätzlich durch den Druck in der Einströmkammer 69 in Schließrichtung vorgespannt.
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Bei einer Anströmung der verstellbaren Dämpfventileinrichtung ausgehend von einem kolbenstangenfernen Arbeitsraum liegt eine Öffnungskraft am ersten Ventilkörper 47 an, da sich im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 73 ein entsprechend der Vorspannkraft der Federanordnung 55 größerer Druck (Dämpfungsdruck) gegenüber dem des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 63 einstellt.
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Der zweite Ventilkörper 49 wird auch durch den Dämpfungsdruck des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 73 beaufschlagt, jedoch in Schließrichtung.
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Auch der Federspanner 27 wird mit einem Druck innerhalb der Kontaktfläche des zweiten Ventilkörpers 49 auf der Ventilsitzfläche 53 belastet. Jedoch fließt Dämpfmedium über ein drittes, geöffnetes Rückschlagventil 79 in den Abflusskanal 25 und weiter in den Steuerraum 57. Das Vorstufenventil 37 bestimmt den Druck im Steuerraum 57, wobei das aus dem Vorstufenventil 37 abfließendes Dämpfmedium über ein sich zum kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 63 öffnendes viertes Rückschlagventil 81 entweichen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 3
- Dämpfventilgehäuse
- 5
- Kolbenstange
- 7a, 7b
- Ventilgehäuseteil
- 9a, 9b
- Spule
- 11
- Aktuator
- 12a–d
- magnetischer Widerstand
- 13
- Vorstufenventilkörper
- 14
- Beschichtung
- 15
- Stellfeder
- 16
- Führungshülse
- 17
- Achskörper
- 19
- Rückschlusskörper
- 21
- Klemmring
- 23
- Trennwand
- 24
- erstes gestuftes Profil
- 25
- Abflusskanal
- 26
- zweites gestuftes Profil
- 27
- Federspanner
- 29
- Sacklochbohrung
- 31
- Führungsabschnitt
- 33
- Zwischengehäuseabschnitt
- 35
- Abflussraum
- 37
- Vorstufenventil
- 39
- Ventilsitzfläche
- 41
- Gehäuseabschnitt
- 43
- Ringwandung
- 45
- Hauptstufenventil
- 47
- Ventilkörper (erster)
- 49
- Ventilkörper (zweiter)
- 51
- Ventilsitzfläche
- 53
- Ventilsitzfläche
- 55
- Federanordnung
- 57
- Steuerraum
- 59
- erste Deckseite
- 61
- Rückschlagventil
- 63
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 65
- Anströmquerschnitt
- 67
- zweite Deckseite
- 69
- Einströmkammer
- 71
- zweites Rückschlagventil
- 73
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 75
- Stirnseite
- 79
- drittes Rückschlagventil
- 81
- viertes Rückschlagventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4033190 C1 [0003]
- DE 102011075792 C1 [0004]
