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Die Erfindung betrifft eine Drosselstelle für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2016 210 790 A1 ist ein Dämpfventil für einen Schwingungsdämpfer bekannt, bei dem ein radial aufweitbarer Ventilkörper eine Drosselstelle bildet, die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit von einer Durchstellung in eine Schließstellung übergeht. Auch in der Schließstellung steht noch ein Restquerschnitt als Drosselquerschnitt zur Verfügung. Je nach konstruktiver Ausgestaltung des Dämpfventils kann ein Begrenzungsring die maximale Aufweitstellung bestimmen. Alternativ kann der Begrenzungsring auf seiner Mantelfläche eine Profilierung aufweisen, so dass der Ventilkörper dann an einer Strömungsleitfläche anliegen kann und die Profilierung den Restquerschnitt definiert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Dämpfkraftverhalten des Dämpfventils weiter zu verbessern.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine in Aufweitrichtung des Ventilkörpers wirkende Kraft innerhalb einer Druckkammer des Ventilträgers in Abhängigkeit des Durchmessers des Ventilkörpers variiert, indem mindestens ein Strömungsanschluss aus der Druckkammer wegabhängig gesteuert wird.
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Damit wird die Schließgeschwindigkeit der Drosselstelle wegabhängig gesteuert, so dass z. B. bei einsetzender Schließbewegung eine höhere Schließgeschwindigkeit und damit ein steilerer Anstieg der Dämpfkraftkennlinie und bei fortgeschrittener Schließbewegung der Drosselstelle eine Verlangsamung der Schließbewegung auftritt, um z. B. bei einer Dämpfkraft auf einem hohen Niveau keine große Steigerung der Dämpfkraft zu bewirken.
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Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Nutseitenwand der Ringnut mit einer ihr zugewandten Deckfläche des Ventilkörpers ein Strömungsventil bildet, wobei eine der beiden Ventilkomponenten als Ringgraben und die andere Ventilkomponente als eine erhabene Profilierung ausgeführt sind. Der große Vorteil besteht darin, dass keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind. Der Ventilkörper der Drosselstelle bildet damit auch den Ventilkörper für das Strömungsventil zur Steuerung des Druckraums.
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Grundsätzlich kann der Ringgraben in dem Ventilkörper oder in der Nutseitenwand des Ventilträgers ausgeführt sein. Tendenziell lässt sich der Ringgraben auf der Deckfläche des Ventilkörpers leichter herstellen.
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Bevorzugt weist der Ringgraben einen kleineren Umfangswinkel als 360° auf. Damit soll verhindert werden, dass die Profilierung in den Ringgraben eintauchen kann und damit den Ventilkörper in seiner radialen Beweglichkeit hemmt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilkörper mindestens zwei um ein Gelenk schwenkbare Schenkel auf, die der radialen Aufweitung des Ventilkörpers dienen. Im Bereich des Gelenks ist der Ringgraben unterbrochen, so dass das Gelenk das Hineingleiten der Profilierung in den Ringgraben verhindert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Ringgraben über den Umfang einen unterschiedlichen Radius bezogen auf den Mittelpunkt des Ventilkörpers auf. Auch diese Lösung sorgt dafür, dass die Profilierung keine Formschlussverbindung mit dem Ringgraben eingeht.
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Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung der Verrastung zwischen dem Ventilkörper und der Ringnut besteht darin, dass die Profilierung mindestens einen radial verlaufenden Abschnitt aufweist. Der radial verlaufende Abschnitt liegt unabhängig von dem Durchmesser des Ventilkörpers immer an einer tragenden Fläche, d. h. Deckfläche oder Nutseitenwand an.
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Ein weiterer Parameter zur Steuerung des Betriebsverhaltens bzw. der Dämpfkraftkennlinie der Drosselstelle besteht darin, dass der Ringgraben in Axialrichtung eine unterschiedliche Tiefe aufweist. Man kann im Querschnitt eine einfache Rechteckform des Ringgrabens vorsehen, um klare Schaltpunkte des Strömungsventils zu erreichen. Alternativ kann man mit der Profilierung des Ringgrabens in Axialrichtung sanfte Übergänge bzgl. der Änderungen der Druckkraft innerhalb des Druckraums erreichen.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist der Ringgraben zu der Profilierung derart positioniert ist, dass das Strömungsventil in einem ersten Durchmesserbereich geschlossen, in einem zweiten Durchmesserbereich geöffnet und einem dritten Durchmesserbereich wieder geschlossen ist. Damit treten bei konstantem Druck innerhalb der Druckkammer drei verschiedenen Aufweitgeschwindigkeiten des Ventilkörpers auf. Dieses Verhalten kann noch mit der Profilierung des Ringgrabens in Axialrichtung vorteilhaft kombiniert werden.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung durch einen Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
- 2 Detaildarstellung der Drosselstelle nach 1
- 3 Draufsicht auf Ventilkörper nach den 1 und 2
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Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.
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Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt.
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Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
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Zusätzlich verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Zuganschlag 25, der ab einer definierten Ausfahrbewegung der Kolbenstange 9 an einer zylinderseitigen Anschlagfläche, z.B. einer Kolbenstangenführung 27, zur Anlage kommt.
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Der Zuganschlag 25 umfasst einen Ventilträger 29, der direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Ventilträgers 29 ist beispielhaft ein ringförmiges Elastomerelement 31 aufgelegt, das über eine geringe radiale Vorspannung auch bei einer Schwingbewegung der Kolbenstange 9 gehalten wird. Das Elastomerelement 31 wirkt ab dem Anschlagpunkt an der Anschlagfläche als zusätzliche Stützfeder.
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Der Ventilträger 29 weist eine umlaufende Ringnut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbarer ringförmiger Ventilkörper 35 geführt ist. Dieser Ventilkörper 35 kann beispielsweise radial elastisch sein und bildet eine Drosselstelle 37, wobei beispielsweise einen Innenwandung des Zylinders 11 eine Strömungsleitfläche 39 für die Drosselstelle 37 darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einem vom Zuganschlag unabhängigen Ventilträger 29 ausgeführt sein.
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Außenseitig trägt der Ventilkörper 35 eine Rückstellfeder 41, die auch die Funktion eines Begrenzungsrings übernehmen kann. Als Rückstellfeder kann z. B. ein Sicherungsring dienen.
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Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1 m/s, ist die Drosselstelle 37 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21; 23 erzeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21; 23 heben die Ventilscheiben 21; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 43; 45 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 47; 49 begrenzt.
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In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 1 m/s, geht der Ventilkörper 35 in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des Ventilkörpers 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von der Rückstellfeder 41 oder dem Ventilkörper 35 eingehalten.
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Die 2 zeigt den radial aufweitbaren Ventilkörper 35 in dem Ventilträger 29 in stark vergrößerter und unmaßstäblicher Form. Der Ventilkörper 35 kann, wie bereits beschrieben radial elastisch sein, beispielsweise bedingt durch ein Elastomerwerkstoff oder auch mehrgliedrig mit mindestens einer Gelenkverbindung ausgeführt sein, wie die Ausführung nach 3 zeigt. Bei einem elastischen Ventilkörper 35 kann auf die Rückstellfeder 41 verzichtet werden.
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In dem Ventilträger 29 ist eine erste Anschlussöffnung 51 an den Arbeitsraum 13, s. 1, in einer ersten Nutseitwand 53 der Ringnut 33 ausgeführt. Eine zweite Nutseitenwand 55 verfügt über eine zweite Anschlussöffnung 57, die ebenfalls in diesem Arbeitsraum 13 mündet.
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Die Ringnut 33 und eine innere Mantelfläche 59 des Ventilkörpers 35 begrenzen eine Druckkammer 61, die über die beiden Anschlussöffnungen 55; 61 mit Dämpfmedium versorgt werden. In Abhängigkeit der Querschnittsgrößen der Anschlussöffnungen 55; 61 zueinander stellt sich bei einer Kolbenstangenbewegung innerhalb der Druckkammer 61 ein Druck ein, der zusätzlich zu der Unterdruckkraft innerhalb der Drosselstelle 37 für eine nach radial außen gerichtete Druckkraft sorgt.
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In dieser Ausführung verfügt die innere Mantelfläche 59 des Ventilkörpers 35 über eine Schräge 63, die in Richtung einer Nutgrundfläche 65 geneigt ist. Dieser Flächenanteil der Mantelfläche 59 bewirkt eine in Richtung der Nutseitenwand 55 wirksamen Kraftkomponente, so dass der Ventilkörper 35 bei einer Anströmung der Druckkammer an der Nutseitenfläche 55 anliegt.
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Die Nutseitenwand 55 der Ringnut 33 bildet mit einer ihr zugewandten Deckfläche 67 des Ventilkörpers 35 ein Strömungsventil 69, wobei eine der beiden Ventilkomponenten als Ringgraben 71 und die andere Ventilkomponente als eine erhabene Profilierung 73 ausgeführt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die erhabene Profilierung 73 an der Nutseitenwand 55 und der Ringgraben 71 in der Deckfläche 67 des Ventilkörper 35 ausgeführt. (s. 3). Die Anschlussöffnung 61 kann auch als radiale Nut in der Profilierung 73 ausgeführt sein.
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Bei einer Anströmung der Drosselstelle 37 stellt sich innerhalb der Druckkammer 61 des Ventilträger 29 eine Druckkraft ein, die den Ventilkörper 35 radial aufweitet, wobei der Ventilkörper 35 mit seiner Decklfläche 67 auf der Profilierung 73 und dem radialen Abschnitt 75 gleitet und ab einer definierten Aufweitung mit dem Ringgraben 71 in Überdeckung steht. Dadurch steht zwischen der Nutseitenwand 55 und der Deckfläche 67 ein größerer Anschlussquerschnitt an den Arbeitsraum zur Verfügung, der zu einer Veränderung des Querschnittsverhältnisses der Anschlussöffnungen 51; 57; 69 führt. Folglich ändert sich auch der Anstieg des Druckniveaus innerhalb der Druckkammer 61 bei steigender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in die Druckkammer. Der Dämpfkraftanstieg der Drosselstelle 37 verläuft flacher. Folglich kann über das Strömungsventil 69 die in Aufweitrichtung des Ventilkörpers 35 wirkende Kraft innerhalb einer Druckkammer des Ventilträgers in Abhängigkeit des Durchmessers des Ventilkörpers 35 variiert werden, indem mindestens ein Strömungsanschluss, nämlich der Anschlussquerschnitt des Strömungsventils 69 der Druckkammer 61 wegabhängig gesteuert wird.
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Damit die Profilierung 73 nicht in den Ringgraben 71 eintauchen und sich der Ventilkörper darüber in der Ringnut 33 blockiert, sind mehrerer konstruktive Ausgestaltungen möglich. In der 2 weist die Profilierung 73 zum Beispiel mindestens einen radial verlaufenden Abschnitt 75 auf, der immer auf der Deckfläche 67 aufliegt und dieselbe axiale Höhe aufweist wie die Profilierung 73. An dem radial verlaufenden Abschnitt 75 kann sich der Ventilkörper 35 über seinen gesamten Verstellbereich abstützen.
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Ein weiterer Parameter zur Steuerung des Betriebsverhaltens des Strömungsventils besteht darin, dass der Ringgraben 71 in Axialrichtung eine unterschiedliche Tiefe aufweist. Beispielhaft zeigt die 2 eine Ausführung des Ringgrabens 71 mit einem rechteckigen Querschnitt, bei dem innerhalb des Verstellwegs des Ventilkörpers mit Überdeckung zur Profilierung 73 ein konstanter Anschlussquerschnitt vorliegt. Mit einer Strichpunktlinie ist ein ausgerundeter Ringgraben 71 darstellt, bei dem das Strömungsventil 69 über den Verstellweg des Ventilkörpers 35 einen unterschiedlichen Durchlassquerschnitt einstellt.
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In der Ausführung nach 2 ist der Ringgraben 71 zu der Profilierung 73 derart positioniert ist, dass das Strömungsventil 69 in einem ersten, äußeren Durchmesserbereich 77 des Ventilkörpers 35 bzw. der Deckfläche 67 geschlossen , in einem zweiten Durchmesserbereich 79, nämlich der Ringgrabenbreite, geöffnet und einem dritten inneren Durchmesserbereich 81 wieder geschlossen. Der äußere Durchmesserbereich 77 der Deckfläche 67 sorgt zusammen mit der Profilierung 73 für eine Schließfunktion des Strömungsventils 69, wobei der Begriff Schließfunktion nicht unbedingt eine hermetische Dichtheit bedeutet. Es kann ein Minimalquerschnitt offen sein. Nach radial innen schließt sich der Verstellbereich entsprechend der Ringgrabenbreite an, so dass in Abhängigkeit der Querschnittsgeometrie des Ringgrabens 71 ein mehr oder weniger großer Durchlassquerschnitt zur Verfügung steht. Weiter nach radial innen auf dem geschlossenen Ringbereich der Deckfläche 67 ist das Strömungsventil 69 wieder geschlossen. Mit diesem Querschnittsprofil führt der Ventilkörper in einem ersten Abschnitt des maximalen Hubwegs in Richtung der Strömungsleitfläche bei konstantem Druck innerhalb der Druckkammer eine rasche Aufweitbewegung durch, die im Bereich der Überdeckung zwischen der Profilierung 73 und dem Ringgraben 71 verlangsamt und im inneren geschlossenen Bereich wieder schneller abläuft.
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Die 3 zeigt den Ventilkörper 35 der Drosselstelle 35 innerhalb des Zylinders 11. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass der Ventilkörper 35 zwei Schenkel 83; 85 aufweisen kann, die über ein gemeinsames Gelenk 87 miteinander verbunden sind. Selbstverständlich kann die Zahl der Schenkel größer sein oder es können getrennte Gelenke verbaut werden. In dieser Darstellung weist der Ringgraben 71 einen kleineren Umfangswinkel als 360° auf. Dadurch ergibt sich auf einem Umfangsabschnitt eine über die gesamte radiale Breite geschlossene Deckfläche 67, so dass darüber das Eintauchen der Profilierung 73 in den Ringgraben 71 verhindert wird.
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Über einen großen Umfangsbereich weist der Ringgraben 71 einen konstanten Abstand zum Mittelpunkt 89 des Ventilkörpers 35 auf. Beispielhaft ist in der 3 ein Umfangsbereich 91 des Ringgrabens 71 ausgeführt, der einen kleineren Abstand zu dem Mittelpunkt 89 des Ventilkörpers 35 aufweist. Folglich wird die Profilierung 73 an der Nutseitenwand 55 den Ringgraben 71 auf der Deckfläche 67 schneiden, so dass auch hier das Eintauchen der Profilierung 73 in den Ringgraben 71 unterbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventil
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- erstes Dämpfventil
- 7
- Dämpfventilkörper
- 9
- Kolbenstange
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Durchtrittskanäle
- 19
- Durchtrittskanäle
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- Zuganschlag
- 27
- Kolbenstangenführung
- 29
- Zuganschlagträgerscheibe
- 31
- Elastomerelement
- 33
- Ringnut
- 35
- Ventilkörper
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Begrenzungsring
- 43
- Ventilsitzfläche
- 45
- Ventilsitzfläche
- 47
- Stützscheibe
- 49
- Stützscheibe
- 51
- erste Anschlussöffnung
- 53
- erste Nutseitenwand
- 55
- zweite Nutseitenwand
- 57
- zweite Anschlussöffnung
- 59
- innere Mantelfläche des Ventilkörpers
- 61
- Druckkammer
- 63
- Schräge
- 65
- Nutgrundfläche
- 67
- Deckfläche
- 69
- Strömungsventil
- 71
- Ringgraben
- 73
- Profilierung
- 75
- radialer Abschnitt der Profilierung
- 77
- erster Durchmesserbereich
- 79
- zweiter Durchmesserbereich
- 81
- dritter Durchmesserbereich
- 83
- Schenkel
- 85
- Schenkel
- 87
- Gelenk
- 89
- Mittelpunkt des Ventilkörpers
- 91
- Umfangsbereich des Ringgrabens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
