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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung 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 aufweitbares Ventilelement 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 das Ventilelement dann an einer Strömungsleitfläche anliegen kann und die Profilierung den Restquerschnitt definiert.
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Die ältere
DE 10 2019 215 556 A1 beschreibt eine auf der
DE 10 2016 210 790 A1 basierenden Dämpfventileinrichtung, bei der sich das Ventilelement bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit mittels eines Totzeitglieds verzögert in Richtung der Durchlassstellung bewegt. Dabei ist zwischen dem Ventilelement und einem ventilträgerseitigen Element eine Formschlussverbindung als Totzeitglied schließbar. Dafür weist eine rückwärtige druckbeaufschlagte Fläche des Ventilelements eine Profilierung auf, die zusätzlich zu einer Radialkraftkomponente eine Axialkraftkomponente auf das Ventilelement bewirkt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Bauform einer Dämpfventileinrichtung bereitzustellen, die eine verzögerte Rückstellbewegung des Ventilelements aufweist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass ein hydraulisches Totzeitglied deutlich besser auf eine geforderter Dämpfkraftkennlinie einstellbar ist, insbesondere eine geringere Dämpfkraftabweichung mit sich bringt.
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Der für die Dämpfventileinrichtung zur Verfügung stehende Bauraum innerhalb eines Schwingungsdämpfers ist sehr klein bemessen. Um die Verstellbewegung des Ventilelements zu unterstützen, ist der zweite Druckraum über eine Zuströmöffnung und eine Abströmöffnung mit einem Arbeitsraum des Arbeitsraums verbunden, wobei ein Drosselquerschnitt der Abströmöffnung größer ist als der Drosselquerschnitt der Drosselverbindung. Durch die Reihenschaltung von zwei Drosselquerschnitten, nämlich dem Drosselquerschnitt der Abströmöffnung und dem Drosselquerschnitt der Strömungsverbindung kann auf engstem Raum das Totzeitglied realisiert werden.
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Im Hinblick auf eine Bauraumökonomie ist der zweite Druckraum radial zu dem ersten Druckraum angeordnet. Damit kann auch die Drosselverbindung zwischen den beiden Druckräumen sehr einfach gefertigt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist der zweite Druckraum von einer Ringnutgrundfläche der Ringnut begrenzt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist eine Trennwand zwischen dem ersten Druckraum und dem zweiten Druckraum beweglich ausgeführt. Die Trennwand vereinfacht die Anwendung eines standardisierten Ventilträgers, der bei Bedarf mit der Trennwand ausgestattet wird.
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Zur definierten Funktion der Drosselverbindung ist die Trennwand mit einer Rückstellfeder ausgeführt, die die Trennwand in Richtung des zweiten Arbeitsraums zurückbewegt.
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Um einen weiteren Parameter für den Einsatz der beweglichen Trennwand nutzen zu können, begrenzt ein erster Anschlag einen Verschiebeweg der Trennwand in Richtung des ersten Druckraums. Dazu dient auch ein zweiter Anschlag, der eine Ausgangsstellung der Trennwand definiert. Über die radialen Abstände der beiden Anschläge kann der Einsatz der Drosselwirkung der Drosselverbindung gesteuert werden, um darüber die Rückstellbewegung für eine geforderte Dämpfkraftkennlinie zu erfüllen.
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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 im Bereich einer Dämpfventileinrichtung
- 2 Detaildarstellung zur 1
- 3 Alternativvarianten zur 2
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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.
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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 Durchtrittskanäle 17; 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.
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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 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.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Ventilelement 35 aus mehreren Einzelelementen besteht, die einen Ring bilden, so dass die Einzelelemente eine Radialbewegung oder eine Schwenkbewegung um einen Drehlagerpunkt bilden. Der Drehlagerpunkt kann z. B. zwei Einzelelemente miteinander verbinden. Eine derartige Ausführungsform ist beispielsweise aus der älteren
DE 10 2019 215 558 A1 bekannt.
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Außenseitig trägt das Ventilelement 35 eine Rückstellfeder 41, z. B. in der Ausführung eines Sicherungsrings. Zwischen der Innenwandung 39 und einer äußere Mantelfläche 43 des Ventilelements 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 1m/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 1m/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.
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Die 2 zeigt die Dämpfventileinrichtung 1 im Detail mit einer abgewandelten Befestigung des Ventilträgers 29 an der Kolbenstange 9. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 33 im Ventilträger einen ersten Druckraum 55 bildet. Der erste Druckraum 55 wird von einer inneren Mantelfläche 57 des Ventilelements 35, gegenüberliegenden Nutseitenflächen 59 der Ringnut 33 und einer Ringnutgrundfläche 61 gebildet. Radial zum ersten Druckraum 55 verfügt der Ventilträger 29 über einen zweiten Druckraum 63. Zwischen dem ersten Druckraum 55 und dem zweiten Druckraum 63 liegt eine ortsfeste Trennwand 65 vor. Der erste Druckraum 55 ist jedoch mit einem zweiten Druckraum 63 über eine schaltbare Drosselverbindung 67 verbunden, sodass hydraulisch eine Reihenschaltung von zwei Druckräumen 55; 63 vorliegt.
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Der zweite Druckraum 63 ist über eine Zuströmöffnung 69 und eine Abströmöffnung 71 mit einem Arbeitsraum 13 des Zylinders 11 verbunden und dadurch stets vollständig mit Dämpfmedium gefüllt. Ein Drosselquerschnitt der Abströmöffnung 71 ist bevorzugt kleiner als bei der Zuströmöffnung 69, jedoch größer als der Drosselquerschnitt der Drosselverbindung 67. Bezogen auf den Arbeitsraum 13 sind die Drosselverbindung 67 und die Abströmöffnung 71 hydraulisch in Reihe geschaltet.
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Die Drosselverbindung 67 zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum 55, 63 umfasst eine Strömungsverbindung 75, die einem Drosselkanal 73 hydraulisch parallelgeschaltet und mit einem Rückschlagventil 77 bestückt ist, das in Strömungsrichtung vom zweiten Druckraum 63 in den ersten Druckraum 55 öffnet.
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Bei einer Kolbenstangeneinfahrbewegung wird Dämpfmedium im Zylinder 11 durch das Dämpfventil mit der Ventilscheibe 21 verdrängt. Des Weiteren strömt Dämpfmedium durch die Drossel 37. In Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit baut sich innerhalb der Drossel 37 ein Unterdruck auf, der das Ventilelement 35 nach radial außen in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aufweitet, bzw. den Drosselquerschnitt 45 reduziert. Parallel dazu wird über die mindestens eine Zuströmöffnung 69 der zweite Druckraum 63 mit Dämpfmedium beaufschlagt. Der Druckaufbau im zweiten Druckraum 63 wird über das Querschnittsverhältnis der Zuströmöffnung 69 zur Abströmöffnung 71 bestimmt. Je kleiner der Querschnitt der Abströmöffnung 71 ist, um so direkter ist der Druckaufbau im zweiten Druckraum 63. Über die Strömungsverbindung 75 und das offene Rückschlagventil 77 setzt sich das Druckniveau aus dem zweiten Druckraum 63 in den ersten Druckraum 55 fort. Auf die innere Mantelfläche 57 des Ventilelements 35 wirkt der Staudruck im ersten Druckraum 55 und unterstützt damit die radiale Aufweitbewegung des Ventilelements 35 zusätzlich zum Unterdruck an der äußeren Mantelfläche 43. Dadurch findet bei einer ausreichend hohen Kolbenstangengeschwindigkeit eine rasche Aufweitbewegung des Ventilelements 35 statt. Die Reaktionszeit des Ventilelements 35 ist durch die großzügig bemessene Zuströmöffnung 69 und die offene Strömungsverbindung 75 sehr kurz.
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Bei einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 37 verzögert sich die Rückstellbewegung des Ventilelements 35 mittels des von der Drosselverbindung 67 gebildeten Totzeitglieds, da das in dem ersten Druckraum 55 befindliche Dämpfmedium nun über die Reihenschaltung des Drosselkanals 73 und der Abströmöffnung 71 verdrängt wird. Die Strömungsverbindung 75 zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum 55; 63 wird von dem Rückschlagventil 77 verschlossen und steht damit nicht zur Verfügung. Im Verhältnis zur Kolbenstangengeschwindigkeit wird deshalb bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit in der Drossel 37 eine höhere Dämpfkraft erzeugt als bei der Aufweitbewegung, sodass hinsichtlich der Dämpfkraft eine gewollte Hysterese besteht.
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Zum besseren Verständnis sind der Drosselkanal 73 und die Strömungsverbindung 75 als zwei räumlich getrennte Kanäle ausgeführt. Man kann jedoch auch im Sinne der Erfindung vorsehen, dass das Rückschlagventil 77 in der geschlossenen Position einen Restquerschnitt offenhält, der dann den Drosselkanal 73 bildet. Diese Ausführung bietet sich bei einer sehr geringen Bauhöhe des Ventilträgers 29 an.
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Die 3 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 nach dem Wirkprinzip der 2, bei der der zweite Druckraum 63 von der Ringnutgrundfläche 61 der Ringnut 33 begrenzt wird. Ein weiterer konstruktiver Unterschied besteht in einer radial beweglichen Trennwand 65 zwischen dem ersten Druckraum 55 und dem zweiten Druckraum 63. Auf der Außenseite in Richtung des ersten Druckraums 55 verfügt die Trennwand 65 über eine Rückstellfeder 79, die die Trennwand 65 in Richtung des zweiten Arbeitsraums 63 zurückbewegt. Die Trennwand 65 kann z. B. von einem Elastomerelement oder einem geschlitzten Metallband gebildet werden, das sich über einen gewissen Umfangsbereich überlappt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass der zweite Druckraum z. B. von einem Einsatzelement gebildet wird, das als Trennwand 65 einen verschiebbaren Kolben aufweist.
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Wie der 3 zu entnehmen ist, begrenzt ein erster Anschlag 81 einen Verschiebeweg der Trennwand in Richtung des ersten Druckraums. Optional kann ein zweiter Anschlag 83 eine Ausgangsstellung der Trennwand definieren. Die Anschläge können als ortsfeste Anschläge oder als Kraftelemente, beispielsweise Federn, ausgeführt sein.
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Bei einer Druckbelastung des zweiten Druckraums 63 führt die Trennwand 65 in Abhängigkeit des Querschnitts der Strömungsverbindung 67 eine Verschiebebewegung bis zum ersten Anschlag 81 aus. Gleichzeit öffnet sich das Rückschlagventil 77 innerhalb der Strömungsverbindung 75. Dadurch findet eine Drucksteigerung im ersten Druckraum 55 statt, die eine Aufweitbewegung des Ventilelements 35 bewirkt. Bei einem Druckabfall in der zweiten Druckkammer 63 wird das Ventilelement 35 von der Rückstellfeder 41 wieder in die Ringnut 33 zurückbewegt. Auch die Trennwand 65 setzt mit einer Rückstellbewegung in Richtung des zweiten Anschlags 83 ein. Es wird Dämpfmedium verdrängt, das aus dem zweiten Druckraum 63 über die Abströmöffnung 71 in den Arbeitsraum 13 entweicht. Der Abstand zwischen dem Ventilelement 35 und der Trennwand 65 wird von dem Größenverhältnis der Abströmöffnung 71 zur Drosselverbindung bestimmt. Je größer die Abströmöffnung 71 dimensioniert ist, umso länger bleibt der Abstand konstant oder verringert sich langsamer. Die Rückstellfeder 79 der Trennwand 65 wirkt sich ebenfalls auf den Abstand zwischen dem Ventilelement 35 und der Trennwand 65 aus. Wenn das Trennelement 65 den zweiten Anschlag 83 erreicht hat und damit eine ortsfeste Position einnimmt, dann bleibt der zweite Druckraum 63 in seinem Volumen konstant und übernimmt die Funktion eines Kanalabschnitts zwischen der Drosselverbindung 67, insbesondere dem Drosselkanal 73 und der Abströmöffnung 71. Dann addieren sich die hydraulischen Widerstände der Abströmöffnung 71 und des Drosselkanals 73. Die weitere Einfahrbewegung des Ventilelements wird dadurch verlangsamt. Im Unterschied zur Ausführung der Dämpfventileinrichtung nach 2 kann mit einer beweglichen Trennwand der Einsatzpunkt des Totzeitglieds für die Rückstellbewegung des Ventilelements 35 variiert werden.
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Bezugszeichen
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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
- Ventilelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41
- Rückstellfeder
- 43
- Mantelfläche
- 45
- Drosselquerschnitt
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55
- erster Druckraum
- 57
- innere Mantelfläche
- 59
- Nutseitenfläche
- 61
- Ringnutgrundfläche
- 63
- zweiter Druckraum
- 65
- Trennwand
- 67
- schaltbare Drosseleinrichtung
- 69
- Zuströmöffnung
- 71
- Abströmöffnung
- 73
- Drosselkanal
- 75
- Strömungsverbindung
- 77
- Rückschlagventil
- 79
- Rückstellfeder
- 81
- erster Anschlag
- 83
- zweiter Anschlag
