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Die Erfindung betrifft ein externes Dämpfventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Schwingungsdämpfer mit dem externen Dämpfventil.
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Stoßdämpfer werden meist in Kombination mit einer Federung in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Schwingungen von gefederten Massen schnell abklingen zu lassen. Hierzu sind hydraulische Stoßdämpfer bekannt, welche im Wesentlichen aus einem Kolben, einer Kolbenstange und einem mit Öl befüllten Zylinder bestehen. Zur Einstellung einer variablen Dämpfkraft weisen derartige Stoßdämpfer ein verstellbare Dämpfventil auf, welches mittels Magnetkraft und je nach Konstruktionsprinzip einen Einfluss auf die Dämpfkraftkennlinie nimmt.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 218 658 A1 offenbart eine verstellbare Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, umfassend ein Hauptstufenventil mit einem Hauptstufenventilkörper, der in einem Dämpfventilgehäuse axial beweglich geführt ist, wobei das Dämpfventilgehäuse einen zum Dämpfventilgehäuse separaten Gehäuseeinsatz aufweist, in dem der Hauptstufenventilkörper geführt ist.
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Aus der
KR 10 1 194 990 B1 ist ein Schwingungsdämpfer mit externer verstellbarer Dämpfventileinrichtung bekannt, der ein magnetorheologisches Dämpfungsmedium aufweist.
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Eine weitere Ausführung einer verstellbaren Dämpfventileinrichtung an einem Schwingungsdämpfer wird in US 2019 / 0 323 575 A1 offenbart.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch einen kostengünstigen und robusten Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Dämpfventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.
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Gegenstand der Erfindung ist ein externes Dämpfventil, welches für einen Schwingungsdämpfer ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Dämpfventil hat die Funktion, die Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Fahrsituation einzustellen und/oder zu verändern. Insbesondere ist unter einem externen Dämpfventil eine externe Anordnung des Dämpfventils bezogen auf einen äußeren Zylinder des Schwingungsdämpfers zu verstehen. Der Schwingungsdämpfer ist bevorzugt als ein Dämpfer mit kontinuierlicher Dämpfungssteuerung, auch als CDC-Dämpfer (Continuous Damping Control) bekannt, ausgebildet. Alternativ kann das Dämpfventil in abgewandelter Form jedoch auch als ein Kolbenventil oder ein Bodenventil ausgebildet sein.
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Das Dämpfventil weist ein Ventilgehäuse auf. Insbesondere bildet das Ventilgehäuse eine geschlossene Ventilpatrone, wobei sämtliche Strömungsanschlüsse und Strömungskanäle innerhalb des Ventilgehäuses verlaufen. Vorzugsweise ist das Ventilgehäuse im Wesentlichen hohlzylindrisch und/oder rohrförmig ausgebildet. Das Ventilgehäuse kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Das Dämpfventil weist ein Hauptstufenventil auf, welches zur Erzeugung einer Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere verläuft ein Hauptvolumenstrom eines Dämpffluids über das Hauptstufenventil, um in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit eine Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers zu erzeugen. Das Hauptstufenventil weist einen in dem Ventilgehäuse axial in Bezug auf eine Hauptachse beweglich geführten Hauptstufenventilkörper auf. Insbesondere ist der Hauptstufenventilkörper als ein Kolben, vorzugsweise ein Zylinderkolben ausgebildet. Insbesondere ist das Hauptstufenventil als ein Sitzventil ausgeführt, wobei der Hauptstufenventilkörper hierzu auf einer Hauptstufenventilsitzfläche aufliegt.
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Das Dämpfventil weist eine Rückstelleinrichtung auf, welche zur Rückstellung des Hauptstufenventilkörpers in eine Grundstellung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Rückstelleinrichtung ausgebildet, den Hauptstufenventilkörper in Richtung der Grundstellung mit einer Rückstellkraft zu beaufschlagen. Die Rückstelleinrichtung weist einen in dem Ventilgehäuse axial in Bezug auf die Hauptachse beweglich geführten Rückstellkörper auf. Der Rückstellkörper kann als Kolben, vorzugsweise ein Zylinderkolben, oder eine Membran ausgebildet sein. Insbesondere sind der Hauptstufenventilkörper und der Rückstellkörper, vorzugsweise hydraulisch, miteinanderwirkverbunden und/oder bewegungsgekoppelt.
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Das Dämpfventil weist mindestens oder genau eine Spuleneinrichtung auf, welche zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Spuleneinrichtung als eine elektrische Spule zu verstehen, welche bei einer Erregung der Spule mit elektrischen Strom ein Magnetfeld erzeugt und/oder beeinflusst. Vorzugsweise sind eine Feldstärke bzw. eine Intensität des Magnetfeldes durch Ansteuerung der Spuleneinrichtung veränderbar. Die Spuleneinrichtung ist bevorzugt koaxial zu der Hauptachse angeordnet.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Hauptstufenventilkörper und dem Rückstellkörper ein magnetorheologisches Medium angeordnet ist, dessen Viskosität durch Ansteuern der Spuleneinrichtung veränderbar ist, um die Dämpfkraft des Hauptstufenventils zu beeinflussen. Insbesondere erfährt das magnetorheologische Medium eine reversible Änderung des Fließ- und Deformationsverhaltens unter Einwirkung des Magnetfeldes. Das Medium kann wahlweise in flüssiger, gasförmiger oder fester Form vorliegen. Bevorzugt steht das Medium in direkten Kontakt mit dem Hauptstufenventilkörper und/oder dem Rückstellkörper, wobei eine Widerstandskraft in Abhängigkeit des elektrischen und/oder magnetischen Feldes steuerbar ist. Durch Erhöhen der Widerstandskraft, kann ein Abheben bzw. eine weitere Bewegung des Hauptstufenventilkörpers in axialer Richtung verhindert bzw. erschwert werden.
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Es wird somit ein externes Dämpfventil vorgeschlagen, welches in einfacher Weise durch Anlegen eines magnetischen Feldes eine stufenlose Einstellung der Dämpfkraft ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Schwingungsdämpfer bzw. die Arbeitsräume weiterhin mit einem herkömmlichen Dämpferöl befüllt werden können, sodass der Schwingungsdämpfer bzw. die Ventile gegenüber einer Befüllung der gesamten Dämpfervorrichtung mit einer magneto- und/oder elektrorheologischen Flüssigkeit einem deutlich geringeren Verschleiß unterliegen.
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In einer konkreten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die auf den Hauptstufenventilkörper wirkende Widerstandskraft unter Einwirkung des Magnetfeldes auf das magnetorheologische Medium erhöht ist, sodass ein Abheben des Hauptstufenventilkörpers von einer Hauptstufenventilsitzfläche verhindert oder zumindest erschwert ist. Anders ausgedrückt, kann sich der Hauptstufenventilkörper frei bewegen, wenn die Spuleinrichtung deaktiviert ist bzw. kein oder nur ein geringes Magnetfeld vorliegt, sodass die auf das Hauptstufenventil wirkende Widerstandskraft minimal ist. Insbesondere ist die auf den Hauptstufenventilkörper wirkende Widerstandskraft durch eine Änderung der Feldstärke bzw. Intensität des Magnetfeldes stufenlos einstellbar. Vorzugsweise ist die Hauptventilsitzfläche durch einen Ventileinsatz gebildet, über welche der Hauptstufenventilkörper axial in dem Ventilgehäuse gesichert ist. Es wird somit eine Dämpfventil vorgeschlagen, welches sich durch eine stufenlose Einstellung der Dämpfkraft auszeichnet.
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In einer ersten konkreten Umsetzung ist vorgesehen, das magnetorheologische Medium eine magnetorheologische Flüssigkeit ist. Bevorzugt ist unter einer magnetorheologischen Flüssigkeit, eine Flüssigkeit mit darin suspendierten Partikeln zu verstehen, welche unter Einwirkung des Magnetfeldes eine rheologische Änderung, insbesondere eine Änderung des Fließverhaltens der Flüssigkeit bewirkt. Im Speziellen können unter magnetorheologischen Flüssigkeiten auch zähfließende Flüssigkeiten, wie z.B. Pasten, verstanden werden. Durch die Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit, kann ein Dämpfventil vorgeschlagen werden, welches sich durch eine besonders einfache und stufenlose Änderung der Dämpfkraft in Abhängigkeit des Fließverhaltens auszeichnet.
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In einer alternativen Umsetzung ist vorgesehen, dass das magnetorheologische Medium als ein magnetorheologisches Elastomer ausgebildet ist. Bevorzugt ist unter einem magnetorheologischen Elastomer ein magnetorheologisches Elastomermaterial mit darin dispergierten Partikeln zu verstehen, welche unter Einwirkung des Magnetfeldes eine rheologische Änderung, insbesondere eine Änderung der viskoelastischen und/oder dynamisch-mechanischen Eigenschaften, des Elastomermaterials bewirken. Alternativ kann unter einem magnetorheologischen Elastomer jedoch auch ein mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllter, elastisch verformbarer Elastomerkörper verstanden werden. Durch die Verwendung eines magnetorheologischen Elastomers, kann ein Dämpfventil vorgeschlagen werden, welches sich durch eine besonders robuste und verschleißarme Ausgestaltung auszeichnet und zugleich auf ein aufwendiges Dichtungskonzept verzichtet.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem Hauptstufenventilkörper und einem Gehäuseabschnitt eine erste Steuerkammer gebildet ist und dass zwischen dem Rückstellkörper und dem Gehäuseabschnitt eine zweite Steuerkammer ist. Die beiden Steuerkammern sind über ein oder mehrere Drosselkanäle strömungstechnisch miteinander verbunden, wobei das magnetorheologische Medium zumindest in dem Drosselkanal angeordnet ist und/oder diesen passiert. Insbesondere wird bei einer Bewegung des Hauptstufenventilkörpers von der Grundstellung in eine Öffnungsstellung zum Volumenausgleich eine Fluidsäule von der ersten Steuerkammer über den Drosselkanal in die zweite Steuerkammer verschoben. Das magnetorheologische Medium hat vorzugsweise die Funktion, einen Durchflusswiderstand durch den Drosselkanal unter Einwirkung des Magnetfeldes zu verändern, insbesondere zu erhöhen. Dadurch kann in einfacher Weise der Strömungswiderstand erhöht werden, sodass die auf den Hauptventilkörper einwirkende Widerstandskraft in Abhängigkeit der Intensität des Magnetfeldes verändert bzw. erhöht wird.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die beiden Steuerkammern über einen Rücklaufkanal strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist der Rücklaufkanal hydraulisch parallel zu dem mindestens einen Drosselkanal und/oder zentral bzw. koaxial zur Hauptachse in dem Gehäuseabschnitt angeordnet.
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Der mindestens eine Drosselkanal ist zumindest abschnittsweise in einem Wirkbereich des Magnetfeldes angeordnet und der Rücklaufkanal ist außerhalb des Wirkbereichs angeordnet ist. Insbesondere ist außerhalb des Wirkbereichs die Feldstärke des Magnetfeldes so gering, dass diese keinen oder nur noch einen geringen Einfluss auf die Viskosität des magnetorheologischen Mediums hat. Anders formuliert, beträgt die Feldstärke außerhalb des Wirkbereichs weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%, im Speziellen weniger als 1 % der maximalen Feldstärke und/oder der Feldstärke in dem Wirkbereich. Durch die Anordnung des Rücklaufkanals außerhalb des Wirkbereichs, kann ein ungedämpfter bzw. widerstandsarmer Rückfluss über den Rücklaufkanal sichergestellt werden.
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In einer weiteren konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass das Dämpfventil ein Rückschlagventil aufweist. Das Rückschlagventil weist einen in dem Rücklaufkanal axial beweglich geführten Rückschlagventilkörper auf, welcher den Rücklaufkanal in einer Strömungsrichtung von der ersten Steuerkammer in die zweite Steuerkammer sperrt. Insbesondere hat der Rückschlagventilkörper die Funktion, einen Durchfluss durch den Rücklaufkanal von der ersten Steuerkammer in die zweite Steuerkammer zu verhindern. Der Rückschlagkörper ist vorzugsweise in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse in dem Gehäuseabschnitt zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung bewegbar. Vorzugsweise liegt der Rückschlagkörper in der Sperrstellung unter Einwirkung einer Federkraft an dem Gehäuseabschnitt an. Durch das Rückschlagventil kann somit ein gerichteter Strömungsverlauf von der ersten Steuerkammer über die Drosselkanäle in die zweite Steuerkammer sichergestellt werden, um die Dämpfkraft besonders präzise einstellen zu können. Zudem wird ein ungedämpfter Rückfluss über den Rücklaufkanal getrennt von der Drosselstelle sichergestellt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Steuerströmungsweg, insbesondere bei einer Verschiebung des Hauptstufenventilkörpers von der Grundstellung in die Öffnungsstellung, von der ersten Steuerkammer über den Drosselkanal in die zweite Steuerkammer strömt und von der zweiten Steuerkammer über den Rücklaufkanal in die erste Steuerkammer zurückströmt. Dabei ist unter Einwirkung des Magnetfeldes auf das magnetorheologische Medium ein Durchflusswiderstand durch den Drosselkanal veränderbar, sodass die Strömungsgeschwindigkeit entlang des Steuerströmungswegs innerhalb des Drosselkanal in Abhängigkeit des Magnetfeldes einstellbar ist. Es wird somit ein Dämpfventil vorgeschlagen, welches sich durch eine einfache und kompakte Ausgestaltung auszeichnet, wobei zugleich in einfacher Weise Einfluss auf einen Steuervolumenstrom genommen werden kann.
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In einer ersten Ausführung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Steuerkammer strömungstechnisch von einer Druckkammer des Hauptventils getrennt sind, wobei die erste und die zweite Steuerkammer mit der magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt sind. Insbesondere ist der Steuervolumenstrom durch die magnetorheologische Flüssigkeit gebildet, welche bei einer Bewegung des Hauptstufenventilkörpers in Richtung der Öffnungsstellung von der ersten in die zweite Steuerkammer entlang des Steuerströmungswegs strömt. Hierzu können die erste und/oder die zweite Steuerkammer zumindest teilweise, insbesondere zu mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 50%, im Speziellen mehr als 80%, oder vollständig mit der magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt sein. Insbesondere sind die erste und/oder die zweite Steuerkammer fluiddicht abgeschlossen, sodass ein Eintritt des Dämpffluids in die Steuerkammern verhindert ist. Es wird somit ein Dämpfventil vorgeschlagen, welches aufgrund der abgetrennten Steuerkammern nur eine geringe Menge der magnetorheologischen Flüssigkeit benötigt, um die Dämpfkraft der Dämpfervorrichtung zu steuern. Dadurch wird ein Dämpfventil auf Basis eines magnetorheologischen Effekts vorgeschlagen, welches besonders kostengünstig ist.
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In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Steuerkammer mit einem Dämpffluid befüllt sind und in dem mindestens einen Drosselkanal das magnetorheologische Elastomer angeordnet ist. Insbesondere ist der Steuervolumenstrom durch das Dämpffluid gebildet, welches bei einer Bewegung des Hauptstufenventilkörpers in Richtung der Öffnungsstellung von der Druckkammer über die erste Steuerkammer in die zweite Steuerkammer entlang des Steuervolumenstroms strömt. Das magnetorheologische Elastomer dient dazu, den freien Öffnungsquerschnitt des Drosselkanals in Abhängigkeit des Magnetfeldes zu ändern. Es wird somit ein Dämpfventil vorgeschlagen, welches besonders robust ist. Da die Nachteile von magnetorheologischen Flüssigkeiten, wie Abrasivität und Sedimentation, durch Einsatz von magnetorheologischen Elastomeren deutlich reduziert bzw. ausgeschlossen werden können.
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In einer weiteren konstruktiven Ausführung ist vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt als ein in dem Ventilgehäuse angeordneter Gehäuseeinsatz ausgebildet ist, wobei der Hauptstufenventilkörper in dem Gehäuseeinsatz axial beweglich aufgenommen ist. Der Gehäuseeinsatz ist vorzugsweise separat zu dem Ventilgehäuse ausgebildet. Vorzugsweise ist der Gehäuseeinsatz koaxial und/oder konzentrisch in dem Ventilgehäuse aufgenommen. Der Gehäuseeinsatz kann dabei zumindest in axialer Richtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Ventilgehäuse montiert sein. Besonders bevorzugt ist der Gehäuseeinsatz topfförmig ausgebildet, wobei der Hauptstufenventilkörper radial an einer Innenmantelfläche des Gehäuseeinsatzes anläuft. Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Drosselkanal radial zwischen dem Gehäuseeinsatz und dem Ventilgehäuse ausgebildet. Es wird somit ein Dämpfventil vorgeschlagen, welches sich durch einfache und schnelle Montage auszeichnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Dämpfventil ein Vorstufenventil aufweist, welches bezogen auf einen Hauptströmungsweg in Reihe vor dem Hauptstufenventil angeordnet ist. Insbesondere dient das Vorstufenventil zur Einstellung eines Ansprechverhaltens des Hauptstufenventils. Vorzugsweise strömt das Dämpffluid entlang des Hauptströmungswegs über das Vorstufenventil in die Druckkammer des Hauptstufenventils, wobei das Vorstufenventil einen Durchflusswiderstand erzeugt. Hierzu kann das Vorstufenventil durch mindestens oder genau eine Ventilscheibe gebildet sein, welche einen in dem Ventileinsatz ausgebildeten Zulaufkanal abdeckt. Es wird somit ein Dämpfventil vorgeschlagen, welches sich durch ein verbessertes Ansprechverhalten auszeichnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem Ventilgehäuse und dem Rückstellkörper eine Rückstellkammer gebildet ist. Die Rückstelleinrichtung weist eine in der Rückstellkammer angeordnete Rückstellfeder auf, welche zur Beaufschlagung des Rückstellkörpers mit einer Rückstellkraft ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Rückstellfeder in axialer Richtung an dem Ventilgehäuse und in axialer Gegenrichtung an dem Ventilkörper abgestützt, wobei die Rückstellkraft eine auf den Ventilkörper einwirkende Druckkraft ist. Die Rückstellfeder kann als eine Druckfeder, insbesondere eine Spiraldruckfeder oder ein Federscheibenpaket ausgebildet sein.
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Alternativ oder optional ergänzend ist die Rückstellkammer zur Beaufschlagung des Rückstellkörpers mit einem Fluiddruck strömungstechnisch mit einer Druckkammer des Hauptstufenventils verbunden. Vorzugsweise wird die auf den Rückstellkörper wirkende Rückstellkraft in Abhängigkeit des Fluiddrucks erzeugt. Erhöht sich der Systemdruck in der Druckkammer, so erhöht sich auch der Fluiddruck in der Rückstellkammer und somit die auf den Rückstellkörper wirkende Rückstellkraft. Insbesondere sind die Druckkammer und die Rückstellkammer über ein oder mehrere Fluidleitungen, z.B. Rohrstücke, miteinander verbunden. Alternativ können die Druckkammer und die Rückstellkammer jedoch auch über ein oder mehrere, insbesondere in dem Ventilgehäuse ausgebildete Fluidkanäle miteinander verbunden sein. Es wird somit eine Rückstelleinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine verbesserte Rückstellung des Hauptstufenventilkörpers auszeichnet. Bei einer strömungstechnischen Anbindung an die Druckkammer kann zudem die Rückstellkraft in einfacher Weise an den Systemdruck variabel angepasst werden.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Rückstelleinrichtung ein weiteres magnetorheologisches Medium aufweist, welches mit dem Rückstellkörper in Wirkverbindung steht. Insbesondere ist das weitere magnetorheologische Medium innerhalb der Rückstellkammer angeordnet. Das weitere magnetorheologische Medium erhöht unter Einwirkung des Magnetfeldes die auf den Rückstellkörper einwirkende Widerstandskraft bzw. Rückstellkraft, sodass eine Bewegung des Rückstellkörpers entgegen der Rückstellkraft verhindert oder zumindest erschwert ist. Insbesondere ist das weitere magnetorheologische Medium als ein weiteres magnetorheologisches Elastomer ausgebildet, welches axial zwischen dem Rückstellkörper und dem Ventilgehäuse angeordnet und/oder an diesen abgestützt ist. Durch das weitere magnetorheologisches Medium kann somit ein Einfluss auf die Rückstellkraft genommen werden, sodass eine präzise Einstellung der Dämpfcharakteristik realisiert werden kann.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit dem externen Dämpfventil, wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Der Schwingungsdämpfer ist vorzugsweise als ein Zweirohrdämpfer ausgebildet. Hierzu weist der Schwingungsdämpfer ein Außenrohr und ein Innenrohr auf, wobei zwischen Innen- und Außenrohr ein Ausgleichsraum gebildet ist. Das externe Dämpfventil ist bevorzugt an einer radialen Außenseite des Außenrohrs angeordnet und strömungstechnisch an den Ausgleichsraum angebunden, wobei das Dämpfventil einen über den Ausgleichsraum strömenden Volumenstrom des Dämpffluids drosselt, um die Druck- und/oder Zugdämpfung zu beeinflussen. Im Speziellen ist der Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrwerk des Fahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines externen Dämpfventils als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 das externe Dämpfventil in gleicher Darstellung wie in 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein externes Dämpfventil 1 für einen Schwingungsdämpfer, welches zur Einstellung der Dämpfcharakteristik extern bzw. radial außerhalb an einem Behälterrohr, nicht dargestellt, des Schwingungsdämpfers angeordnet ist. Derartige Schwingungsdämpfer sind auch als sogenannte CDC-Dämpfer bekannt.
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Das Dämpfventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, über welches das Dämpfventil 1 an das Behälterrohr angebunden werden kann. Das Ventilgehäuse 2 ist als ein Hohlzylinder ausgebildet, welcher in axialer Richtung in Bezug auf eine Hauptachse 100 beidseitig geöffnet ist.
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Das Dämpfventil 1 weist ein Hauptventil 3 sowie ein Vorstufenventil 4 auf, welche in einem ersten Gehäuseabschnitt 5 des Ventilgehäuses 2 angeordnet sind. Das Vorstufenventil 4 ist in Bezug auf einen Hauptströmungsweg 101 vor dem Hauptstufenventil 2 angeordnet, wobei das Hauptstufenventil 3 und das Vorstufenventil 4 in Bezug auf die Hauptachse 100 über einen Ventileinsatz 7 axial in dem ersten Gehäuseabschnitt 5 gesichert sind. Der Ventileinsatz 7 ist hierzu endseitig z.B. über eine Schraubverbindung in den ersten Gehäuseabschnitt 5 eingeschraubt.
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Das Hauptventil 3 weist einen Hauptstufenventilkörper 8 auf, welcher in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H in dem Ventilgehäuse 2 geführt ist und in einer Grundstellung an einer Hauptventilsitzfläche 9 des Ventileinsatzes 7 anliegt. Das Vorstufenventil 4 weist mindestens eine Ventilscheibe 10 auf, welche in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H an einem Ventilstift 11 montiert ist und in einer Grundstellung an einer Vorstufenventilsitzfläche 12 des Ventileinsatzes 8 anliegt. Die Ventilscheibe 10 ist dabei über ein oder mehrere Federelemente 13 in axialer Richtung gegen die Vorstufenventilsitzfläche 12 vorgespannt.
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Zwischen dem Hauptstufenventil 3 und dem Vorstufenventil 4 ist eine Druckkammer 14 gebildet, welche in axialer Richtung einerseits durch den Hauptstufenventilkörper 8 und andererseits durch die Ventilscheibe 10 begrenzt ist. Der Ventileinsatz 7 weist mindestens einen Zuströmungskanal 15 auf, über welchen das Dämpffluid in die Druckkammer 14 einströmen kann, sowie mindestens einen Abströmungskanal 16 auf, über welchen das Dämpffluid aus der Druckkammer 14 abströmen kann. Die Ventilscheibe 10 steuert dabei einen Durchflusswiderstand des Zuströmungskanals 15 und der Hauptstufenventilkörper 8 einen Durchflusswiderstand des Abströmungskanals 16, um die Dämpfkraft im Schwingungsdämpfer zu erzeugen. Der Hauptströmungsweg 101 verläuft somit von dem Zuströmungskanal 15 über das Vorstufenventil 4 in die Druckkammer 14 und von der Druckkammer 14 über das Hauptstufenventil 3 zu dem Abströmungskanal 16.
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Das Dämpfventil 1 weist eine Rückstelleinrichtung 17 sowie eine Spuleneinrichtung 18 auf, welche in einem zweiten Gehäuseabschnitt 6 des Ventilgehäuses 2 angeordnet sind. Die Rückstelleinrichtung 17 ist dabei in Bezug auf die Hauptachse 100 koaxial und/oder konzentrisch innerhalb der Spuleneinrichtung 18 angeordnet. Die Rückstelleinrichtung 17 hat die Funktion den Hauptstufenventilkörper 8 in die Grundstellung zurückzustellen. Hierzu weist die Rückstelleinrichtung 17 einen Rückstellkörper 19 auf, welcher in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H in dem Ventilgehäuse 2 geführt ist.
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Zwischen dem Hauptstufenventilkörper 8 und dem Rückstellkörper 19 sind eine erste und eine zweite Steuerkammer 20, 21 gebildet, welche durch einen Gehäuseabschnitt 22 voneinander getrennt sind. Dabei ist die erste Steuerkammer 20 zwischen dem Hauptstufenventilkörper 8 und dem Gehäuseabschnitt 22 gebildet und die zweite Steuerkammer 21 zwischen dem Rückstellkörper 19 und dem Gehäuseabschnitt 22 gebildet. Die erste und die zweite Steuerkammer 20, 21 sind über mehrere in dem Gehäuseabschnitt 22 angeordnete Drosselkanäle 23 sowie einem zentralen Rücklaufkanal 24 strömungstechnisch miteinander verbunden.
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Der Gehäuseabschnitt 22 ist durch einen separaten, topfförmigen Gehäuseeinsatz 25 gebildet, in welchem der Hauptstufenventilkörper 8 geführt ist. Der Hauptstufenventilkörper 8 ist hierzu als ein Zylinderkolben ausgebildet, welcher über eine Kolbendichtung 26 an einem Innenumfang des Gehäuseeinsatzes 25 radial anliegt. Die Drosselkanäle 23 können beispielsweise durch jeweils eine Bohrung sowie eine außenseitige Profilierung, nicht dargestellt, des Gehäuseeinsatzes 25 gebildet werden. Der Rücklaufkanal 24 ist durch eine in Bezug auf die Hauptachse 100 koaxiale Bohrung in dem Gehäuseeinsatzes 25 gebildet.
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Die erste und die zweite Steuerkammer 20, 21 sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt. Hierzu sind die erste und die zweite Steuerkammer 20, 21 gegenüber dem restlichen System fluiddicht abgetrennt. Bei einer Bewegung des Hauptstufenventilkörpers 8 von der Grundstellung in eine Öffnungsstellung erfolgt ein Volumenausgleich indem die magnetorheologische Flüssigkeit entlang eines Steuerströmungsweges 102 von der ersten Steuerkammer 20 über die Drosselkanäle 23 in die zweite Steuerkammer 21 strömt. Dabei wird eine Widerstandskraft zum einen durch die Drosselkanäle 23 sowie durch eine auf den Rückstellkörper 19 einwirkende Rückstellkraft F erzeugt. Um die auf den Hauptstufenventilkörper 8 wirkende Widerstandskraft zu erhöhen, wird ein Magnetfeld durch die Spuleneinrichtung 18 erzeugt, wobei in Abhängigkeit einer Intensität des Magnetfeldes in bekannter Weise die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit und damit der Strömungswiderstand entsprechend verändert wird.
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Die Drosselkanäle 23 sind zumindest abschnittsweise in einem Wirkbereich des Magnetfeldes angeordnet, wohingegen der Rücklaufkanal 24 außerhalb des Wirkbereichs angeordnet ist. Unter Einwirkung des Magnetfeldes kann somit in den Drosselkanälen 23 der Durchflusswiderstand aufgrund der geänderten Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit erhöht werden, wobei ein Rückfluss von der zweiten Steuerkammer 21 in die erstes Steuerkammer 20 über den Rücklaufkanal 24 nahezu widerstandsfrei erfolgt. Durch den erhöhten Durchflusswiderstand in den Drosselkanälen 23 kann somit die auf den Hauptstufenventilkörper 8 einwirkende Widerstandskraft erhöht werden, wodurch der Hauptstufenventilkörper 8 von der Hauptventilsitzfläche 9 nicht abheben kann bzw. gehindert wird weiter abzuheben.
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Das Dämpfventil 1 weist zudem ein Rückschlagventil 27 auf, welches einen Durchfluss der magnetorheologischen Flüssigkeit von der ersten Steuerkammer 20 über den Rücklaufkanal 24 in die zweite Steuerkammer 21 verhindert. Hierzu weist das Rückschlagventil 27 einen in dem Rücklaufkanal 24 geführten Rückschlagkörper 28 auf, welcher in einer Sperrstellung an dem Gehäuseeinsatz 25 anliegt und somit einen Durchfluss verhindert. Der Rückschlagkörper 28 ist in Richtung der Sperrstellung durch eine Rückschlagfeder 29 mit einer Federkraft beaufschlagt.
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Wenn sich der Hauptstufenventilkörper 8, z.B. bei einem Richtungswechsel, wieder in Richtung der Grundstellung bewegt, wird die magnetorheologische Flüssigkeit durch den Rückstellkörper 19 aufgrund der einwirkenden Rückstellkraft F über das Rückschlagventil 27 wieder in die erste Steuerkammer 20 zurückgedrückt, wobei der Rückfluss parallel zu den Drosselkanälen 23 über den Rücklaufkanal 24 erfolgt. Dadurch erfolgt der Rückfluss außerhalb des Wirkbereichs des Magnetfeldes und kann somit auch bei angelegter Spannung drosselfrei bzw. widerstandsarm erfolgen.
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Zur Erzeugung der Rückstellkraft F weist die Rückstelleinrichtung 17 eine Rückstellfeder 30 auf, welche innerhalb einer Rückstellkammer 31 einerseits an dem Rückstellkörper 19 und andererseits an dem Ventilgehäuse 2 abgestützt ist. Der Rückstellkörper 19 ist hierzu als ein Kolben ausgebildet, welcher zur Übertragung der Rückstellkraft F durch die Rückstellfeder 30 mit einer Druckkraft beaufschlagt wird.
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Alternativ oder optional ergänzend ist die Rückstellkammer 31 über einen Leitungsabschnitt 32 strömungstechnisch mit der Druckkammer 14 verbunden. Dabei verläuft ein Nebenströmungsweg 103 von der Druckkammer 14 über den Leitungsabschnitt 32 in die Rückstellkammer 31, um eine vom Systemdruck abhängige Rückstellkraft F auf den Rückstellkörper 19 zu erzeugen. Erhöht sich der Systemdruck im Dämpfer, so erhöht sich auch die auf den Rückstellkörper 19 wirkende Rückstellkraft F aufgrund des in der Rückstellkammer 31 steigenden Fluiddrucks. Der Rückstellkörper 19 kann hierzu als eine Membran ausgebildet sein, welche zur Übertragung der Rückstellkraft F durch das Dämpffuid mit einem Fluiddruck beaufschlagt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Rückstellkörper 19 als der Kolben ausgebildet ist, wobei die Systemdruckanbindung alternativ oder optional zu der Rückstellfeder 30 erfolgt.
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Durch die vom restlichen System abgetrennten Steuerkammern 20, 21 wird nur eine geringe Menge der magnetorheologischen Flüssigkeit benötigt, wodurch Kosten einspart werden können. Außerdem können Nachteile der magnetorheologische Flüssigkeit, wie Abrasivität und Sedimentation, reduziert werden.
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2 zeigt in gleicher Darstellung wie 1 eine alternative Ausführung des Dämpfventils 1. Das Dämpfventil 1 weist anstelle der magnetorheologische Flüssigkeit je Drosselkanal 23 jeweils ein magnetorheologisches Elastomer 33 auf, welches innerhalb des Wirkbereichs des Magnetfeldes in dem jeweiligen Drosselkanal 23 angeordnet ist. Unter Einwirkung des Magnetfeldes erfolgt eine Verhärtung des magnetorheologischen Elastomers 33, wodurch ein Durchfluss durch den Strömungskanal verhindert oder zumindest stark reduziert ist. Hierzu sind die erste und die zweite Steuerkammer 20, 21 beispielsweise mit dem Dämpffluid gefüllt, wobei der Steuerströmungsweg 102 des Dämpffluids und die Funktionsweise der bereits in 1 beschrieben Ausführung entspricht.
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Optional kann die Druckkammer 14 über einen Verbindungskanal 34 strömungstechnisch mit der ersten Steuerkammer 20 verbunden sein, welche einen konstanten Durchfluss des Dämpffluids zwischen der Druckkammer 14 und der ersten Steuerkammer 20 ermöglicht.
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Alternativ oder optional ergänzend zu der Rückstellfeder 30, kann die Rückstelleinrichtung 17 ein weiteres magnetorheologisches Elastomer 35 aufweisen, welches innerhalb der Rückstellkammer 31 angeordnet ist. Das weitere magnetorheologische Elastomer 35 ist dabei axial zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Rückstellkörper 32 innerhalb des Wirkbereichs des Magnetfeldes angeordnet, wobei sich das weitere magnetorheologische Elastomer 35 unter Einwirkung des Magnetfeldes verhärtet. Da sich der Rückstellkörper 32 aufgrund des Volumenausgleichs bei einer Bewegung des Hauptstufenventilkörpers 8 synchron mitbewegt, kann durch die Verhärtung des weiteren magnetorheologischen Elastomers 35 zusätzlich die Widerstandskraft erhöht und somit Einfluss auf die Dämpfcharakteristik genommen werden.
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Bezugszeichen
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- 1
- Dämpfventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Hauptstufenventil
- 4
- Vorstufenventil
- 5
- erster Gehäuseabschnitt
- 6
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 7
- Ventileinsatz
- 8
- Hauptstufenventilkörper
- 9
- Hauptventilsitzfläche
- 10
- Ventilscheibe
- 11
- Ventilstift
- 12
- Vorstufenventilsitzfläche
- 13
- Federelement
- 14
- Druckkammer
- 15
- Zuströmungskanal
- 16
- Abströmungskanal
- 17
- Rückstelleinrichtung
- 18
- Spuleneinrichtung
- 19
- Rückstellkörper
- 20
- erste Steuerkammer
- 21
- zweite Steuerkammer
- 22
- Gehäuseabschnitt
- 23
- Drosselkanal
- 24
- Rücklaufkanal
- 25
- Gehäuseeinsatz
- 26
- Kolbendichtung
- 27
- Rückschlagventil
- 28
- Rückschlagkörper
- 29
- Rückschlagfeder
- 30
- Rückstellfeder
- 31
- Rückstellkammer
- 32
- Leitungsabschnitt
- 33
- magnetorheologisches Elastomer
- 34
- Verbindungskanal
- 35
- weiteres magnetorheologisches Elastomer
- 100
- Hauptachse
- 101
- Hauptströmungsweg
- 102
- Steuerströmungsweg
- 103
- Nebenströmungsweg
- F
- Rückstellkraft
