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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfergemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2016 210 790 A1 ist eine Dämpfventileinrichtung bekannt, bei der ein radial aufweitbares Ventilelement mit einer Strömungsleitfläche eine Drosselstelle bildet, die mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit eine höhere Dämpfkraft erzeugt, indem sich ein Drosselquerschnitt bzgl. seiner Größe verringert und damit einer progressive Dämpfkraftkennlinie folgt.
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Das Ventilelement ist in einer Ringnut gekammert und wird von einem elastischen Begrenzungsring nach radial innen vorgespannt. Das Ventilelement kann einen Radialschlitz aufweisen, um die notwendigen Kräfte für eine Aufweitbewegung zu reduzieren.
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Bei einer Drossel dieser Bauform besteht das grundsätzliche Problem, dass die Progression der Dämpfkraftkennlinie sehr ausgeprägt ist. Sobald eine Grenzströmungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums innerhalb der Drosselstelle überschritten ist, steigt die Dämpfkraft unvermittelt stark an. Dieses Betriebsverhalten kann für einige Anwendungen durchaus gewollt sein, stellt jedoch für andere Anwendungen einen Nachteil dar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil zu minimieren.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventilelement axial beweglich gelagert ist.
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Das Ventilelement führt damit relativ zur Strömungsleitfläche eine Axialbewegung aus, die dazu führt, dass bei einer Strömung innerhalb der Drosselstelle erst mit einem gewissen Hub des Schwingungsdämpfers eine Strömungsgeschwindigkeit auftritt, die eine Durchmesseränderung des Ventilelements bewirkt. Der mögliche Axialweg des Ventilelements ist deutlich größer als ein für den Freigang des Ventilelements im Ventilträger notwendiger Spalt.
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Bevorzugt ist das Ventilelement gegen eine Federkraft axial beweglich gelagert. Mit der Federkraft steht eine Gegenkraft zur Verfügung, die die Relativbewegung des Ventilelements zur Strömungsleitfläche reduziert. Folglich verringert sich auch die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle, so dass damit auch die Durchmesseränderung mit einer gewissen Verzögerung einsetzt. Insgesamt wird ein amplitudenabhängiger Einfluss auf die an sich geschwindigkeitsabhängige Dämpfventileinrichtung erreicht. Folglich verringert sich die Progression der Dämpfventileinrichtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ausgehend von einem momentanen Stillstand des Schwingungsdämpfers eine definierte Ausgangsstellung des Ventilträgers für die folgende Hubbewegung des Ventilelements vorliegt.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist das Ventilelement in zwei Richtungen gegen eine Federkraft axial beweglich gelagert. Diese Option ist insbesondere interessant für ein Ventilelement, das für zwei Arbeitsrichtungen des Schwingungsdämpfers eingesetzt wird und/oder um Anschlaggeräusche des Ventilelements zu vermeiden.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass das Ventilelement innerhalb des Ventilträgers axial beweglich gelagert ist und die Ringnut so breit dimensioniert ist, dass auch eine nennenswerte Axialbewegung des Ventilelements möglich ist. Man kann aber auch vorsehen, dass der Ventilträger zusammen mit dem Ventilelement, ggf. gegen mindestens eine Feder, axial beweglich gelagert ist.
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Wenn der Ventilträger gegen eine Feder axial beweglich gelagert ist, dann kann sich mindestens eine Feder an einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers abstützen. Die Variante zeigt ein überlagertes amplituden- und geschwindigkeitsabhängiges Betriebsverhalten.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass sich eine Feder an einer Kolbenstangenführung abstützt. Dann kann die Dämpfventileinrichtung zusätzlich zur Geschwindigkeitsabhängigkeit und Amplitudenabhängigkeit auch eine Hubabhängigkeit bezüglich der Dämpfkraftentwicklung aufweisen.
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Optional kann die Feder mindestens eine Überdruckventilscheibe für einen Druckraum des Ventilträgers vorspannen. Dadurch vereinfacht sich die Bauweise des Überdruckventils, da sich eine direkte Befestigung der Ventilscheibe am Ventilträger erübrigt.
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Bei einer möglichen Bauform weist der Ventilträger einen zu einem Boden separaten Gehäusedeckel auf, der von der Feder in Richtung des Ventilelements vorgespannt ist. Der Gehäusedeckel und das Ventilelement bestimmen ausgehend von einem Druckraum innerhalb der Ringnut einen Strömungsquerschnitt, der wiederum das Druckniveau innerhalb des Druckraums beeinflusst. Über eine Ringspalthöhe zwischen dem Gehäusedeckel und dem Ventilelement kann dieser Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit der Amplitude des Ventilträgers bzw. des Schwingungsdämpfers verändert werden.
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Bei dieser Bauform besteht die Möglichkeit, dass der Gehäusedeckel ein Stützfeder aufweist, die den Gehäusedecke entgegen der Feder vorspannt. Damit kann der Einfluss der Veränderung des Strömungsquerschnitts gemessen an der Amplitude des Ventilträgers separat justiert 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 Däm pfventileinrichtung
- 2 Dämpfventileinrichtung nach 1 mit einem Überdruckventil
- 3 Dämpfventileinrichtung nach 1 mit einem axial beweglichen Gehäusedeckel des Ventilträgers
- 4 Dämpfventileinrichtung mit einem axial beweglichen Ventilelement innerhalb einer Ringnut des Ventilträgers
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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 3 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 ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
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Die Dämpfventileinrichtung 1 umfasst einen Ventilträger 25, der von mindestens einer Feder 27, in diesem Fall zwei Federn 27A; 27B axial beweglich zur Kolbenstange 9 gelagert ist. Die Federn 27 können sich z. B. über an sich bekannte Sicherungsringe an der Kolbenstange 9 abstützen. Zusätzlich kann eine Feder 29 vorgesehen sein, die sich an einer Kolbenstangenführung 31 abstützt.
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Der Ventilträger 25 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. Über die axiale Beweglichkeit des Ventilträgers 25 ist auch das Ventilelement 35 axial beweglich bezogen auf die Kolbenstange 9.
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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. Die Federn 27; 29 wirken sich unabhängig von ihrer Federsteifigkeit nicht auf das Dämpfkraftverhalten der Dämpfventileinrichtung 1 aus.
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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, baut sich beiderseits des Ventilträgers 25 ein Druckgefälle auf, das den Ventilträger 25 entgegen der Arbeitsbewegung der Kolbenstange 9 eine Relativbewegung zur Kolbenstange 9 ausführen lässt. Damit steigt die Relativgeschwindigkeit des Ventilelements 35 bezogen auf die Strömungsleitfläche 39 langsamer an als die Arbeitsgeschwindigkeit der Kolbenstange 9. Die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstelle 37 ist jedoch abhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Ventilelement 35 und der Strömungsleitfläche 39. Folglich geht das Ventilelement 35 mit einer Verzögerung in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Über die Federcharakteristik der Feder(n) 27 und dem möglichen Verschiebeweg des Ventilträgers 25 können der Einsatzpunkt der Dämpfventileinrichtung 1 und das Schließverhalten gesteuert werden. Bei kleinen Amplituden der Kolbenstange 9 kann z. B. die Dämpfventileinrichtung 1 außer Kraft gesetzt werden.
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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 z. B. von der Rückstellfeder 41 oder einer Profilierung der Mantelfläche 43 des Ventilelements 35 eingehalten.
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Mit der Feder 29 kann eine zusätzliche Hublagenabhängigkeit der Dämpfventileinrichtung 1 erreicht werden. Bei einer Kolbenstangenausfahrbewegung baut sich zwischen dem Ventilträger 25 und der Kolbenstangenführung 31 ein Überdruck auf, der den Ventilträger 35 gegen die Feder 27B an der Unterseite des Ventilträgers 25 verschiebt. Zusätzlich wirkt ab dem Einsatzpunkt der Feder 29 eine zusätzliche Federkraft, so dass die Dämpfventileinrichtung 1 schon frühzeitiger den Einsatzpunkt erreicht.
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Die 2 zeigt eine Vergrößerung der Dämpfventileinrichtung 1 nach 1. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 33 innerhalb des Ventilträgers 25 mit einer inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 35 und Ringnutseitenflächen 57; 59 einen Druckraum 61 bildet, der über mindestens eine Zuströmöffnung 63 und eine Abströmöffnung 65 mit einem Arbeitsraum 13 des Schwingungsdämpfers verbunden ist. Der Druckraum 61 bewirkt eine nach radial außen wirkende, das Ventilelement 35 aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 37 herrschende Unterdrucksituation unterstützt.
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Optional verfügt die Dämpfventileinrichtung über ein Überdruckventil 67, das eine Überdruckventilscheibe 69 aufweist, die die Abströmöffnung 65 ansteuert, indem z. B. in der Überdruckventilscheibe 69 ein im Vergleich zum Querschnitt der Abströmöffnung 65 reduzierter Drosselquerschnitt 71 ausgeführt ist.
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Wenn die Dämpfventileinrichtung 1 beaufschlagt wird, dann strömt Dämpfmedium in den Druckraum 61 ein. Soweit der Verschiebeweg des Ventilträgers 25 gegen die Feder 27A noch zur Verfügung steht, stellt sich ein moderater Druckanstieg im Druckraum 61 ein. Folglich weitet sich auch das Ventilelement nur langsam in Richtung der Strömungsleitfläche 39 auf. Hat der Ventilträger 25 seine Endstellung bezogen auf die Feder 27A erreicht, dann steigt der Druck innerhalb des Druckraums 61 deutlich schneller auf ein höheres Niveau an. Ab einem Grenzdruck im Druckraum kann jedoch die Überdruckventilscheibe 69 gegen die Kraft der Feder 27A von dem Ventilträger 25 abheben und den größeren Querschnitt der Abströmöffnung 65 freigeben. Dazu kann die Überdruckventilscheibe als eine elastische Ventilscheibe ausgeführt sein. Alternativ kann jedoch auch ein Anschlag 73 an der Kolbenstange 9 vorgesehen sein, der die Axialverschiebung des Ventilträgers 25 begrenzt, z. B., um eine Blockbildung der Feder 27A zu verhindern. Wenn der Ventilträger zusammen mit der Überdruckventilscheibe diesen Anschlag erreicht hat, dann kann auch eine starre Überdruckventilscheibe 69 von dem Ventilträger 25 gegen die Kraft der Feder 27A abheben. Beispielhaft ist eine am Außendurchmesser geführte Überdruckventilscheibe 69 dargestellt, so dass der Anschlag 73 am Ventilträger 25 anliegen kann.
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Ein weiterer Parameter zur Einstellung der Dämpfventileinrichtung 1 stellt die Querschnittsgröße der Abströmöffnung 65 dar. Dabei wirkt sich ein Ringspalt 75 zwischen einer Deckfläche 77 des Ventilelements 35 und der Ringnutseitenfläche 57 der Ringnut 33 als Abströmquerschnitt aus. Je größer dieser Abströmquerschnitt dimensioniert ist, umso geringer ist der Druckaufbau innerhalb des Druckraums 61.
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In der Ausführung nach 3 weist der Ventilträger 25 einen zu einem Boden 79 separaten Gehäusedeckel 81 auf, der von der Feder 27A in Richtung des Ventilelements 35 vorgespannt ist. Des Weiteren weist der Gehäusedeckel 81 eine Stützfeder 83, z.B. eine Wellfeder auf, die den Gehäusedeckel 81 entgegen der Feder 27A vorspannt. Die 3 zeigt die Dämpfventileinrichtung bei ruhender Kolbenstange 9. Die Federn 27A; 27B spannen zusammen mit den Druckkräften im Arbeitsraum 13 den Gehäusedeckel 81 am Ventilträger 25 vor. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen dem Gehäusedeckel 81 und dem Ventilelement 35. Folglich verringert sich auch die Ringspalthöhe und damit der Querschnitt in Abströmrichtung. Daraufhin steigt der Druck innerhalb des Druckraums 61 und fördert damit die radiale Aufweitbewegung des Ventilelements 35.
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Mit der 4 soll gezeigt werden, dass auch eine Dämpfventileinrichtung 1 funktionsfähig im Sinne der Erfindung ist, wenn der Ventilträger 35 axial an der Kolbenstange 9 fixiert ist. In der 4 ist das Ventilelement 35 innerhalb der Ringnut 33 axial beweglich gelagert. Die Federn 27A; 27B stützen sich an den Ringnutseitenflächen 57; 59 des Ventilträgers 25 ab. Zur Verhinderung von Leckagen in den Druckraum 61 oder aus dem Druckraum 61 können die Federn 27A; 27B auch eine Dichtfunktion ausüben, beispielsweise indem die Federn Bestandteil eines Dichtungsbalgs 85; 87 sind. Ansonsten ist die Funktionsweise der Dämpfventileinrichtung identisch mit der Beschreibung zu der 1.
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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
- Ventilträger
- 27A; 27B
- Feder
- 29
- Feder
- 31
- Kolbenstangenführung
- 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
- Ringnutenseitenfläche
- 59
- Ringnutenseitenfläche
- 61
- Druckraum
- 63
- Zuströmöffnung
- 65
- Abströmöffnung
- 67
- Überdruckventil
- 69
- Überdruckventilscheibe
- 71
- Drosselquerschnitt
- 73
- Anschlag
- 75
- Ringspalt
- 77
- Deckfläche
- 79
- Boden
- 81
- Gehäusedeckel
- 83
- Stützfeder
- 85
- Dichtungsbalg
- 87
- Dichtungsbalg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
