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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2016 210 790 A1 ist eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer bekannt, bei der die Dämpfkraftcharakteristik von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem ringförmigen Ventilkörper beeinflusst wird, der in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich der ringförmige Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb einer Ringnut radial in Schließrichtung auf eine Strömungsleitfläche zu bewegt, bis ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt erreicht ist.
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Fahrversuche haben gezeigt, dass eine vergleichsweise früh, d. h. schon bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, einsetzende Drosselstelle als positiv wahrgenommen wird. Ein derartiges Betriebsverhalten ist aber auch von der Größe des verdrängten Volumenstroms innerhalb des Schwingungsdämpfers abhängig. Der Volumenstrom wird aber maßgeblich von der Querschnittsgröße des Schwingungsdämpfers bestimmt, also dem Verhältnis von Arbeitsraumquerschnitt zu Kolbenstangenquerschnitt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein frühzeitiges Ansprechen der Drosselstelle zu erreichen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilkörper von der Druckkraft innerhalb der Druckkammer gegen eine Spreizeinrichtung gedrückt wird.
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Mit der Spreizeinrichtung wird ein überproportional großer radialer Arbeitsweg bezogen auf einen Volumenstrom in die Druckkammer erreicht. Faktisch wird damit der Arbeitspunkt der Drosselstelle in Richtung einer kleineren Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle verlagert.
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Bei einer Ausführungsform weist die Ringnut ein Spreizprofil auf. Die Druckkammer bietet den größten Bauraum, da die radiale Erstreckung der Druckkammer bei deaktivierter Drosselstelle keinen Einfluss auf die Wirkungsweise der Drosselstelle ausübt. Deshalb besteht im Bereich der Ringnut die größte Gestaltungsfreiheit und man benötigt keine zusätzlichen Bauteile für die Spreizeinrichtung.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die innere Mantelfläche zumindest auf einem Flächenbereich in Richtung einer Ringnutgrundfläche geneigt. Damit wird dafür gesorgt, dass der Ventilkörper in Richtung der Spreizeinrichtung bewegt wird, indem die Mantelfläche als eine druckbeaufschlagte Fläche für eine entsprechende Druckkraftkomponente sorgt.
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Dabei ist das Spreizprofil als ein Keilprofil ausgeführt, das mit der inneren Mantelfläche zusammenwirkt. Das Keilprofil wird von der Ringnutgrundfläche gebildet.
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Alternativ kann man vorsehen, dass das Spreizprofil an einer Seitenwand der Ringnut ausgeführt ist und in einen Schlitz des Ventilkörpers eingreift. Das Spreizprofil schließt den sich öffnenden Schlitz des Ventilkörpers zumindest teilweise und vermindert dadurch eine Leckagewirkung.
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Zur Vergrößerung einer Druckkraft in Richtung der Spreizeinrichtung ist eine Deckseite des Ventilkörpers mittels einer Dichtung gegen eine Seitenwand der Ringnut abgedichtet. Dadurch sorgt der in Richtung der Druckkammer abgedichtete Flächenbereich der Deckfläche des Ventilkörpers für eine zusätzliche oder alternative Druckkraftkomponente in Richtung der Spreizeinrichtung.
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Man kann dabei vorsehen, dass die Dichtung von einer Scheibenfeder gebildet wird. Die Scheibenfeder sorgt für eine zusätzliche Vorspannung in Richtung der Spreizeinrichtung.
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Im Hinblick auf eine definierte Einbaulage zentriert sich die Scheibenfeder an einer Führungsfläche des Ventilkörpers.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Ventilkörper eine Dichtlippe in Richtung der Seitenwand aufweisen.
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Eine zusätzliche Maßnahme zur Steigerung des Ansprechverhaltens der Drosselstelle kann darin bestehen, dass die Druckkammer einen Zuströmkanal und einen Abströmkanal aufweist, wobei der Abströmkanal bei maximalem Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle einen minimalen Querschnitt aufweist. Über das Querschnittsverhältnis von Abströmkanal zum Zuströmkanal wird das Druckniveau im Druckraum beeinflusst. Je kleiner der Querschnitt des Abströmkanals im Verhältnis zum Querschnitt des Zuströmkanals ist, umso höher ist das relative Druckniveau im Druckraum und je schneller/stärker spricht die Drosselstelle auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle an.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer
- 2 Dämpfventileinrichtung zur 1
- 3 Dämpfkraftkennlinie zur 2
- 4 u. 5 Alternativvariante zur 2
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Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst bevorzugt 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. 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 Nut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilkörper 35 geführt ist. Dieser Ventilkörper 35 ist radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Der Ventilkörper 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einer vom Zuganschlag unabhängigen Trägerscheibe ausgeführt sein. Des Weiteren ist auch ein Dämpfventil 5 im Kolben 7 zwar vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich
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Außenseitig trägt der Ventilkörper 35 ein umlaufendes Federelement in einer Funktion als Rückstellfeder 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Zwischen der Innenwandung 39 und einer äußere Mantelfläche 43 des Ventilkörpers 35 liegt ein variabler Drosselquerschnitt 45 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft erzeugt.
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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 47; 49 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 51; 53 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 eingehalten. Alternativ oder zusätzlich kann der Ventilkörper auf seiner Mantelfläche 43 eine axial verlaufende aufweisen, wodurch bei Anlage des Ventilkörpers an der Innenwandung ebenfalls ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt erreicht wird.
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Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Dämpfventileinrichtung, insbesondere des Ventilträgers 29 mit dem Ventilkörper 35. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass der Ventilträger 29 mit seiner Ringnut 33 und der Ventilkörper 35 eine Druckkammer 55 bilden, die einen Zuströmkanal 57 und einen Abströmkanal 59 aufweist. In der 2 nimmt der Ventilkörper 35 den kleinsten Durchmesser ein, so dass ein maximaler Öffnungsquerschnitt 45 der Drosselstelle 37 vorliegt. Der Abströmkanal 59 weist dabei einen minimalen Querschnitt auf, da eine innere Mantelfläche 61 des Ventilkörpers 35 an einer Ringnutgrundfläche 63 anliegt. Folglich baut sich innerhalb der Druckkammer 55 sehr schnell ein signifikantes Drucknivau auf. Über den Druck innerhalb der Druckkammer 55 wird eine nach radial außen wirkende Druckkraft auf den Ventilkörper 35 erzeugt, die den Ventilkörper 35 im Durchmesser aufweitet. Bedingt durch die Ausgestaltung des Ventilkörpers 35, dessen innere Mantelfläche 61 zumindest auf einem Flächenbereich in Richtung der Ringnutgrundfläche 63 geneigt ist, besteht eine Druckkraft innerhalb der Druckkammer 55, die den Ventilkörper 35 gegen eine Spreizeinrichtung 65 drückt.
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In der Ausführung nach 2 weist die Ringnut 33 ein Spreizprofil 67 auf, das als ein Keilprofil mit der inneren Mantelfläche 61 des Ventilkörpers 35 zusammenwirkt. Ein Flächenbereich der Ringnutgrundfläche 63 ist unter einem Winkel α in Richtung der Mantelfläche 61 des Ventilkörpers 35 geneigt. Dadurch besteht zwischen dem Ventilkörper 35 und der Ringnutgrundfläche 63 eine Linienberührung. In dieser Ausführung liegt bereits in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers 35, d. h. bei minimalem Innendurchmesser ein Kontakt mit der Ringnutgrundfläche vor. Das Federelement 41 fördert durch seine nach radial innen wirkende Kraftkomponente diese Ausgangsstellung des Ventilkörpers 35 und damit der Grundeinstellung der Drossel 37. Eine Axialbewegung des Ventilkörpers 35 wird bedingt durch einen Druckkraftanstieg innerhalb der Druckkammer 55 über den Kontakt zwischen der Mantelfläche 61 und der Ringnutgrundfläche 63 bzw. dem Spreizprofil 67 in eine Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 umgesetzt.
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Die 3 zeigt den Einfluss der Spreizeinrichtung 65 auf das Dämpfkraftverhalten der Dämpfventileinrichtung 1. Die flach verlaufende Dämpfkraftkennlinie zeigt die sehr weiche Dämpfkraftcharakteristik des Dämpfventils 5. Mit dem Einsatz der Drosselstelle 37 springt das Dämpfkraftniveau auf die progressiv verlaufende Dämpfkraftkennlinie. Zwischen der Dämpfkraftkennlinie des Dämpfventils 5 und der Drosselstelle 37 besteht ein steil verlaufender Verbindungsbereich 69, der der Einsatzpunkt der Drossel 37 aufzeigt. Mit der Spreizeinrichtung 65 wird der Verbindungsbereich 69 tendenziell in Richtung eines kleineren Volumenstroms Q verlagert, wie der gestrichelte Kennlinienbereich zeigt.
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Wenn der Ventilkörper 35 eine gewisse Aufweitbewegung durchgeführt hat, dann hebt die Mantelfläche 61 von dem Spreizprofil 67 an der Ringnutgrundfläche 63 ab. Der wirksame Abströmquerschnitt des Abströmkanals 59 vergrößert sich und der Druck in der Druckkammer steigt in einem geringen Maße, so dass die Dämpfkraft bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Drosselstelle 37 moderat progressiv ansteigt.
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Aus der Zusammenschau der 4 und 5 ist erkennbar, dass das Spreizprofil 67 auch an einer Seitenwand 71 der Ringnut 33 ausgeführt sein kann und dabei in einen Schlitz 73 des Ventilkörpers 35 eingreift. Das Arbeitsprinzip dieses Spreizprofils 67 ist identisch mit der Beschreibung zur 2. Das Spreizprofil 67 ist ebenfalls als ein Keilprofil ausgeführt, so dass eine Axialbewegung des Ventilkörpers 35 innerhalb der Ringnut 33 aufgrund der geneigten Mantelfläche 61 zu einer radialen Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 in Richtung der Strömungsleitfläche 39 führt, d. h. die Drosselstelle 37 verengt sich.
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In der 4 ist eine Deckseite 75 des Ventilkörpers 35 mittels einer Dichtung gegen eine Seitenwand 77 der Ringnut 33 abgedichtet. Diese Möglichkeit besteht ebenso bei der Variante nach 2. Dadurch wächst die Druckkammer 55 im Bereich der unteren Deckseite 75 von der Mantelfläche 61 bis zur Innenkante der Dichtung. Die Dichtung kann von einer Dichtlippe 79 des Ventilkörpers 35, wie in der 2, einem separaten Dichtring oder auch von einer Scheibenfeder 81 gebildet werden. Eine Scheibenfeder 81 sorgt auch ohne nennenswerter Druckkraft in Druckkammer 55 für eine gewisse Vorlast des Ventilkörpers 35 auf das Spreizprofil 67.
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Damit die Scheibenfeder 81 eine definierte radiale Position zum Ventilkörper 35 einnimmt, zentriert sich die Scheibenfeder 81 an einer Führungsfläche 83 des Ventilkörpers 35. Die Scheibenfeder 81 ist dabei in Grenzen radial elastisch, um die Aufweitbewegung des Ventilkörpers 35 nicht zu beschränken, oder es besteht ein Ausgleichsspiel zwischen der Scheibenfeder 81 und der Führungsfläche 83.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 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
- Ventilträger
- 31
- Elastomerelement
- 33
- Ringnut
- 35
- Ringelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Federelement
- 43
- Mantelfläche
- 45
- Drosselquerschnitt
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55
- Druckkammer
- 57
- Zuströmkanal
- 59
- Abströmkanal
- 61
- Mantelfläche
- 63
- Ringnutgrundfläche
- 65
- Spreizeinrichtung
- 67
- Spreizprofil
- 69
- Verbindungsbereich
- 71
- Seitenwand
- 73
- Schlitz
- 75
- Deckseite
- 77
- Seitenwand
- 79
- Dichtlippe
- 81
- Scheibenfeder
- 83
- Führungsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
