-
Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Die
DE 10 2016 210 790 A1 beschreibt eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, die ein erstes Dämpfventil umfasst, das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht. Das erste Dämpfventil wird beispielsweise von einem Kolbenventil oder einem Bodenventil des Schwingungsdämpfers gebildet. Ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik des Schwingungsdämpfers wird von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper beeinflusst, der unabhängig von der Hublage einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstellung ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt. Damit wird eine Zusatzdämpfkraft erzeugt, die den Einsatz eines konventionellen Zug- oder Druckanschlags erübrigt, der nur in einer Endlage der Kolbenstange wirksam ist.
-
Die Drosselstelle und das Dämpfventil sind hydraulisch in Reihe angeordnet, wobei der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.
-
In der
DE 10 2019 212 966 A1 wird vorgeschlagen, dass das im Durchmesser veränderbare Ringelement zusätzlich von einer Druckkraft innerhalb eines von einer Ringnut gebildetem Druckraum unterstützt wird. Die Funktion des Druckraums ist dann besonders effektiv, wenn der Querschnitt einer Zuströmöffnung größer ist als eine Abströmöffnung des Druckraums. Im Hinblick auf das Dämpfverhalten eines Schwingungsdämpfers ist dann die Verwendung von zwei Drosselstellen sinnvoll, jeweils eine Drosselstelle für eine Arbeitsrichtung des Schwingungsdämpfers.
-
Kostenseitig ist jedoch die Beschränkung auf eine Dämpfventileinrichtung mit einer für beide Strömungsrichtungen optimal wirksamen Drosselstelle sinnvoll.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Problem zu lösen.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ringnut als ein Druckraum mit zwei Durchströmungsrichtungen ausgeführt ist, der mindestes eine Zuströmöffnung und mindestens eine Abströmöffnung aufweist, wobei die wirksame Zuströmöffnung einen größeren Querschnitt als die wirksame Abströmöffnung aufweist, und eine Ventileinrichtung einen Austrittsquerschnitt für das Dämpfmedium aus dem Druckraum ansteuert, wobei der Austrittsquerschnitt abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Ringnut.
-
Der besondere Effekt dieser Dämpfventileinrichtung besteht darin, dass praktisch eine zweifache Abhängigkeit der Veränderung der Dämpfkrafteinstellung von der Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb des Schwingungsdämpfers vorliegt.
-
Im Hinblick auf eine Optimierung der Ventilkomponenten auf ihre jeweilige Funktion weist die Ventileinrichtung einen zum Ventilelement der Drosselstelle separaten Ventilkörper auf.
-
Damit die Dämpfventileinrichtung einen kompakten Aufbau aufweist, ist der Ventilkörper innerhalb der Ringnut des Ventilträgers angeordnet.
-
Bevorzugt ist der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbarer Ventilring ausgeführt. Damit verfügt die Dämpfventileinrichtung über zwei Ventile, nämlich die Drosselstelle und die Ventileinrichtung zur Steuerung des Abflussquerschnitts, die beide nach demselben Prinzip arbeiten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich der Abströmquerschnitt bei Aktivierung der Drosselstelle allmählich verändert. In der Dämpfkraftkennlinie wird dieses Betriebsverhalten durch einen weichen Anstieg erkennbar.
-
Dabei bilden einander zugewandte Mantelfläche des Ventilelements und des Ventilkörpers den Austrittsquerschnitt.
-
Alternativ kann man auch vorsehen, dass mindestens eine der einander zugewandten Mantelflächen eine in Strömungsrichtung verlaufende Profilierung aufweist. Sollten die beiden Mantelfläche zur Anlage kommen, dann bildet die Profilierung, z. B. eine axial verlaufende Nut, den Abströmquerschnitt.
-
Optional kann der Ventilkörper eine Rückstellfeder aufweisen, die den Ventilkörper in einen definierten Durchmesser zurückversetzt.
-
Zur Minimierung von Unterdruckräumen, deren Kräfte einer Ventilkörperbewegung entgegenstehen, weist der Ventilkörper mindestens eine Druckausgleichsöffnung auf.
-
Eine weitere Maßnahme im Hinblick auf einen einfachen Gesamtaufbau der Dämpfventileinrichtung besteht darin, dass der Ventilkörper und eine Ringnutgrundfläche des Ventilträgers einen Druckraum für das Ventilelement bilden.
-
Um die Dämpfventileinrichtung bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten abzuregeln, reguliert die Ventileinrichtung in Abhängigkeit der Stellung des Ventilkörpers den Zuströmquerschnitt. Dadurch wird das Verhältnis von Abströmquerschnitt/Zuströmquerschnitt vergrößert, wodurch das Druckniveau im Druck abnimmt und damit die Verstellkraft auf das Ventilelement sinkt.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
- 2 u. 3 Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung mit einer Ventileinrichtung
- 4 u. 5 Alternativvariante zur Ausführung einer Dämpfventileinrichtung
-
Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Neben der Dämpfventileinrichtung 1 umfasst der Schwingungsdämpfer 3 ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.
-
Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle17; 19 für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle 17; 19 ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
-
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.
-
Der Zuganschlag 25 umfasst einen Ventilträger 29, der direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Trägers 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.
-
Der Ventilträger 29 weist eine umlaufende Ringnut 33 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 35 geführt ist. Dieses Ventilelement 35 ist radial beweglich oder radial elastisch und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ventilelement 35 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle 37, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einem vom Zuganschlag unabhängigen Ventilträger ausgeführt sein.
-
Deckseitig trägt das Ventilelement 35 eine Rückstellfeder 41, wie in den 2 und 3 vergrößert dargestellt ist. Zwischen der Innenwandung 39 und einer äußere Mantelfläche 43 des Ventilelements 35 liegt ein variabler Drosselquerschnitt 45 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft erzeugt.
-
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.
-
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 das Ventilelement 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 Ventilelements 35 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von der Rückstellfeder 41 eingehalten.
-
Die 2 zeigt eine Vergrößerung der Dämpfventileinrichtung 1 nach 1 mit einer abweichenden Befestigungstechnik an der Kolbenstange 9. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 33 mit einer inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 und Ringnutseitenflächen 57; 59 und einer Ringnutgrundfläche 61 einen Druckraum 63 bildet, der über eine Zuströmöffnung 65 und eine Abströmöffnung 67 mit dem Arbeitsraum 13 des Schwingungsdämpfers 3 verbunden ist. Der Druckraum 63 bewirkt über eine nach radial außen gerichtete, das Ventilelement 35 aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 37 herrschende Unterdrucksituation unterstützt.
-
Die Ringnut 33 und damit die Dämpfventileinrichtung 1 ist für zwei Durchströmungsrichtungen ausgeführt. Die Dimensionierungsregel besteht darin, dass die wirksame Zuströmöffnung 65 einen größeren Querschnitt aufweist als die wirksame Abströmöffnung 67. Wegen der wechselnden Durchströmungsrichtung der Dämpfventileinrichtung und damit auch des Druckraums wechseln auch die Öffnungen ihre Funktion, d. h. für eine Durchströmungsrichtung bildet die Öffnung 65 die Zuströmöffnung und die Öffnung 67 in der anderen Ringnutseitenwand 57 die Abströmöffnung. Bei entgegengesetzter Strömungsrichtung wechseln die Funktionen, d.h., dass die Öffnung 67 die Zuströmöffnung bildet. Für dieses Betriebsverhalten verfügt die Dämpfventileinrichtung 1 über eine Ventileinrichtung 69, über die ein Austrittsquerschnitt 71 für das Dämpfmedium aus dem Druckraum 63 angesteuert wird. Die Öffnungen 65; 67 können einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen oder auf unterschiedlichen Teilkreisen am Ventilträger 29 ausgeführt sein, um zusammen mit einem Ventilkörper 73 der Ventileinrichtung 69 die gewünschten Querschnittsgrößen an den Öffnungen 65; 67 zu erzeugen.
-
Die Ventileinrichtung 69 weist einen zum Ventilelement 35 der Drosselstelle 37 separaten Ventilkörper 73 auf. Der Ventilkörper 73 ist ebenfalls innerhalb der Ringnut 33 des Ventilträgers 29 angeordnet und als ein im Durchmesser veränderbarer Ventilring ausgeführt. Beispielhaft verfügt der Ventilkörper 73 über einen T-förmigen Querschnitt. Damit wird erreicht, dass einerseits die Öffnungen 65; 67 in der Ringnut in der Ausgangsstellung nicht abgedeckt werden und andererseits ein relativ geringer Abstand zwischen einer äußeren Mantelfläche 75 des Ventilkörpers 73 und der inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 besteht. Aus der Zusammenschau der 2 und 3 ist ersichtlich, dass die einander zugewandten Mantelflächen 55; 75 des Ventilelements 35 und des Ventilkörpers 73 den Austrittsquerschnitt 71 bildet.
-
Die äußerer Mantelfläche 75 des Ventilkörpers kann als eine einfache geschlossene Fläche ohne besondere Profilierung ausgeführt sein. Man kann jedoch auch vorsehen, dass mindestens eine der einander zugewandten Mantelflächen 55; 75 eine in Strömungsrichtung verlaufende Profilierung 77 aufweist, wie auch in den 2 und 3 dargestellt ist. Als Profilierung können Kerben oder Nuten eingesetzt werden, die auch bei Kontakt der Mantelflächen 55; 75 einen minimalen Austrittsquerschnitt 71 definieren.
-
Optional kann der Ventilkörper eine Rückstellfeder 79 aufweisen. Alternativ kann der Ventilkörper auch eine Eigenelastizität aufweisen, um stets in die in 2 dargestellte Ausgangsposition der gesamten Dämpfventileinrichtung zurückzukehren.
-
Zur Vermeidung von Klebe- oder Unterdruckeffekten weist der Ventilkörper mindestens eine Druckausgleichsöffnung 81 auf. Somit ist der Ventilkörper 73 sowohl an der äußeren wie auch an einer inneren Mantelfläche 83 mit Dämpfmedium benetzt. Zur Verstärkung der Druckausgleichswirkung kann auch die innere Mantelfläche 83 des Ventilkörpers mit einem Nutprofil 85 ausgeführt sein.
-
Der Ventilkörper 73 ist zwischen dem Ventilelement 35 und der Ringnutgrundfläche 61 innerhalb der Ringnut 33 angeordnet, wobei die Ringnutgrundfläche 61 des Ventilträgers 29 den Druckraum 63 für das Ventilelement 35 begrenzt.
-
In der 2 befindet sich die Dämpfventileinrichtung 1 in der Ausgangsstellung. Dabei weisen sowohl das Ventilelement 35 wie auch der Ventilkörper 73 den minimalsten Durchmesser auf. Unabhängig von der Durchströmungsrichtung des Ventilträgers und der Drosselstelle 37 bildet sich innerhalb der Drosselstellen 37 ein geschwindigkeitsabhängiger Unterdruck, der eine Aufweitbewegung des Ventilelements 35 in Richtung der von dem Zylinder 11 gebildeten Strömungsleitfläche 39 bewirkt.
-
Parallel dazu strömt über eine der Öffnungen, z.B. Öffnung 65, auch Dämpfmedium in die Ringnut 33 des Ventilträgers 29 und kann über die Öffnung 67 in der gegenüberliegenden Ringnutseitenwand 57 wieder abströmen. Der engste Querschnitt zwischen der äußeren Mantelfläche 75 des Ventilkörpers und der inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 bildet einerseits einen Austrittsquerschnitt, aber auch eine Drosselstelle, die funktionsgleich ist mit der Drosselstelle 37. Folglich wirkt auch auf den Ventilkörper 73 eine hydraulische Aufweitkraft, die abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Ringnut 33. Über die mindestens eine Druckausgleichsöffnung 81 wird auch der Druckraum zwischen der Ringnutgrundfläche 61 und der inneren Mantelfläche 83 mit Dämpfmedium gefüllt, so dass eine hydraulische Aufweitkraft auf die innere Mantelfläche 83 wirkt. Der Druckraum 63 erstreckt sich jedoch auch auf den Bereich zwischen einem Stegbereich 87 und der inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35. Axial wird ein Druckraumanteil von der Ringnutenfläche 59 mit der Zuströmöffnung 65 und einer in Richtung des Ventilelements abgesetzten Ringfläche 89 des Ventilkörpers 35 gebildet. Über die beiden Druckräume wird sowohl auf den Ventilkörper 73 wie auch auf das Ventilelement 35 eine radiale Aufweitkraft ausgeübt. Dabei nähert sich der Ventilkörper 73 mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der Drosselstelle 37 und in dem Ventilträger 29 radial dem Ventilelement 35, insbesondere der inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 an. Dadurch ist der Austrittsquerschnitt 71 abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Ringnut 33. Die Profilierung 77 der äußeren Mantelfläche 75 des Ventilkörpers erlaubt es, dass sich der Ventilkörper 73 innenseitig an das Ventilelement 35 anlegt, ohne dass eine hydraulische Blockierung auftreten würde.
-
Der Austrittsquerschnitt 71 befindet sich damit stets zwischen den beiden Öffnungen 65; 67 in den Ringnutseitenflächen 57; 59. Folglich kann der Austrittsquerschnitt 71, der kleiner ist als der Querschnitt der Öffnungen 57; 59 für beide Durchströmungsöffnungen der Dämpfventileinrichtung 1 genutzt werden.
-
Die Ausführung der Dämpfventileinrichtung 1 nach den 4 und 5 basiert auf der Bauform nach den 2 und 3. Abweichend reguliert die Ventileinrichtung 69 in Abhängigkeit der Stellung des Ventilkörpers den Zuströmquerschnitt. Abweichend ist die Strömungsrichtung des Dämpfmediums entgegengesetzt zum Beispiel nach den 2 und 3. Wie ein Vergleich der 2 und 4 zeigt, ist der radiale Abstand eines Stegbereichs 91 am Ventilkörper 73 zur Zuströmöffnung 65 in der Ringnutseitenwand 57 in der 4 geringer als in der 2. Der Ventilkörper 73 in der 4 ist bewusst unsymmetrisch bezogen auf eine Mittelachse 93 ausgeführt, wodurch der Abstand des Stegbereichs 87 zur Öffnung 65 in der Ringnutseitenfläche 59 in der Ausgangsstellung genauso oder ähnlich groß ist wie in der 2.
-
Bei einer radialen Aufweitbewegung des Ventilkörpers 73 kommt der Stegbereich 91 des Ventilkörpers 73 mit der Zuströmöffnung 65 in radialer Überdeckung, so dass der wirksame Zuströmquerschnitt kleiner ist als in der Ausgangsstellung gemäß der 4. Folglich verändert sich auch das Verhältnis von Abströmquerschnitt/Zuströmquerschnitt. Je größer das Flächenverhältnis ist, umso größer ist die hydraulische Unterstützung der Aufweitbewegung des Ventilkörpers 73 und des Ventilelements 35. Mit dieser Variante kann eine Abregelfunktion der Dämpfventileinrichtung erreicht werden, ohne dass es eines zusätzlichen Überdruckventils bedarf.
-
Bei einer Anströmung über die Öffnung 67 in der Ringnutseitenfläche 59 tritt keine Abregelfunktion auf, da der Querschnitt der Zuströmöffnung 65 konstant bleibt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 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
- Ventilelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Rückstellfeder
- 43
- Mantelfläche
- 45
- Drosselquerschnitt
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55
- innere Mantelfläche
- 57
- Ringnutseitenfläche
- 59
- Ringnutseitenfläche
- 61
- Ringnutgrundfläche
- 63
- Druckraum
- 65
- Zuströmöffnung
- 67
- Abströmöffnung
- 69
- Ventileinrichtung
- 71
- Austrittsquerschnitt
- 73
- Ventilkörper
- 75
- äußere Mantelfläche
- 77
- Profilierung
- 79
- Rückstellfeder
- 81
- Druckausgleichsöffnungen
- 83
- innere Mantelfläche
- 85
- Nutprofil
- 87
- Stegbereich
- 89
- Ringfläche
- 91
- Stegbereich
- 93
- Mittelachse
