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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 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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Darauf basierend offenbart die
DE 10 2019 212 966 A1 eine Dämpfventileinrichtung mit einer Druckkammer innerhalb des Ventilträgers, wobei der innerhalb der Druckkammer eine zusätzliche Verstellkraft auf das Ventilelement ausübt.
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In der älteren
DE 10 2022 200 977 A1 wird ein radial mehrteiliges Ventilelement vorgeschlagen, bei dem das Öffnungsverhalten des Ventilelements durch die Steuerung von wegabhängig veränderbaren druckbeaufschlagten Flächen beeinflusst wird. Diese Bauform bietet zwar deutlich erweiterte Möglichkeiten zur Gestaltung der Dämpfkraftcharakteristik, verlangt jedoch auch einen größeren Aufwand.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dämpfventileinrichtung zu realisieren, die ebenfalls erweiterte Möglichkeiten zur Gestaltung der Dämpfkraftcharakteristik aufweist, jedoch einen geringeren konstruktiven Aufwand verlangt
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilträger für eine Strömungsrichtung zwei Druckräume aufweist, wobei ein erster Druckraum von der Ringnut und einer ersten Mantelfläche des Ventilelements und ein zweiter Druckraum von einer Mantelfläche des Ventilträgers außerhalb der Ringnut und einer zweiten Mantelfläche des Ventilelements gebildet wird.
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Der zweite Druckraum bietet die Möglichkeit, dass schon bei einem geringeren Minderdruck als beim genannten Stand innerhalb der Drosselstelle eine Verstellbewegung des Ventilelements erreicht werden kann. Dadurch kann der Drosselquerschnitt im Vergleich zum Stand der Technik größer gewählt werden, wodurch wieder der mögliche Verstellweg des Ventilelements und damit der Verstellbereich der Dämpfventileinrichtung vergrößert werden kann.
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In einer ersten Ausführungsform sind die beiden Druckräume hydraulisch in Reihe geschaltet.
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Man kann den wirksamen Druck und damit die wirksame Druckkraft auf das Ventilelement individueller dimensionieren, wenn zwischen den beiden Druckräumen eine Drossel angeordnet ist.
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Alternativ können die beiden Druckräume auch hydraulisch parallelgeschaltet sein.
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Bei einer möglichen Ausführungsform weist das Ventilelement einen Z-förmigen Querschnittsbereich auf. Diese Bauform ist sowohl bei einer Reihen- wie auch bei einer Parallelschaltung der Druckräume verwendbar.
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Eine axial besonders kompakte Bauform des Ventilträgers wird dadurch erreicht, dass der Ventilträger einen U-förmigen Querschnittsbereich aufweist.
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Es besteht die Möglichkeit, dass der zweite Druckraum in Abhängigkeit der Anströmung der Dämpfventileinrichtung zur Verfügung steht, indem der Ventilträger und ein Flächenbereich des Ventilelements ein Einlassventil in den zweiten Druckraum bilden.
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Eine besonders einfache Bauform des Einlassventils zeichnet sich dadurch aus, dass es als ein Schieberventil ausgeführt ist.
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Alternativ kann das Einlassventil auch als ein Sitzventil ausgeführt sein. Wenn das Ventilelement als ein elastisches Bauteil ausgeführt ist, dann kann das Ventilelement selbst Bestandteil des Einlassventils sein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche des Ventilträgers zum zweiten Druckraum von einem axial positionierbaren Einstellring gebildet. Durch eine gezielte axiale Positionierung des Einstellrings zum Ventilträger kann ein Mantelflächenbereich des Ventilelements für die Anströmung mit Dämpfmedium freigegeben werden, so dass auf diesen Mantelflächenbereich schon in der maximalen Durchlassstellung des Ventilelements eine in Verstellrichtung wirksame Druckkraft wirkt.
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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 Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung nach 1
- 3 Alternativvariante zur 2 mit Einstellring
- 4 Alternatives Design des Ventilelements
- 5 u. 6 Ventilelement mit Einlassventil für zweiten Druckraum
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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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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 0,5m/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 0,5m/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 eine Vergrößerung der Dämpfventileinrichtung nach 1 mit einer abweichenden Befestigungstechnik der Dämpfventileinrichtung 1 an der Kolbenstange 9. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass das Ventilelement 35 und die Ringnut 33 des Ventilträgers 29 einen Druckraum 55 bilden, der über eine Zuströmöffnung 57 und eine Abströmöffnung 59 mit dem Arbeitsraum 13 in Verbindung steht. Die Zuströmöffnung 57 weist tendenziell einen größeren Querschnitt auf als eine Abströmöffnung 59. Über nicht dargestellte optionale Ventile kann die Dämpfventileinrichtung 1 auch sinnvoll wechselweise durchströmt werden. Bei einer Anströmung über die Zuströmöffnung 57 baut sich innerhalb des Druckraums 55 eine in Richtung der Drosselstelle 37 wirksame zusätzliche Verstellkraft auf. Diese Druckkraft wirkt auf eine erste innenseitige Mantelfläche 61 des Ventilelements 35.
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Wenn sich das Ventilelement aus seiner dargestellten maximalen Durchlassstellung der Drosselstelle in Richtung der Strömungsleitfläche 39 radial aufweitet, dann bildet sich ein zweiter Druckraum 63, der von einer Mantelfläche 65 des Ventilträgers 65 außerhalb der Ringnut 33 und einer zweiten Mantelfläche 67 des Ventilelements 35 gebildet wird. Dieser zweite Druckraum 63 sorgt für eine zusätzliche Aufweitkraft auf das Ventilelement 35. Das Ventilelement weist dafür einen Z-förmigen Querschnittsbereich auf. Die parallelen Stege bilden die Mantelflächen 61; 67 und ein Verbindungssteg 75 begrenzt endseitig den Druckraum 63. Die Funktion der Zuströmöffnung in den zweiten Druckraum 63 erfüllt das offene Ende des Druckraums 63. Ein Anschlag 69 am Ventilträger 29 begrenzt die Aufweitbewegung des Ventilelements 35. Im Vergleich zu einer Dämpfventileinrichtung mit einem einzigen Druckraum 55 und der Annahme einer gleichgroßen Aufweitkraft auf das Ventilelement 35 kann durch die Verwendung der beiden Mantelflächen 61; 67 die Bauhöhe der Dämpfventileinrichtung 1 reduziert werden.
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In dieser Ausführungsform sind die beiden Druckräume 55; 63 hydraulisch in Reihe geschaltet. Dafür ist zwischen den beiden Druckräumen 55; 63 eine Drossel 71 angeordnet ist. Die Drossel 71 übernimmt für den zweiten Druckraum 63 praktisch die Funktion einer Abströmöffnung.
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Die 3 zeigt eine Abwandlung zur Ausführung nach 2. Der Unterschied besteht darin, dass zumindest ein Teilbereich der Mantelfläche 65 des Ventilträgers 29 zum zweiten Druckraum 63 von einem axial positionierbaren Einstellring 73 gebildet wird. In der Ausgangsstellung bzw. der maximalen Durchlassstellung der Drosselstelle 37 liegt die zweite Mantelfläche 67 des Ventilelements 35 an einer äußeren Mantelfläche des Einstellrings an. Über die axiale Position des Einstellrings 73 zum Ventilelement steht u. U. der zweite Druckraum partiell auch in der Ausgangsstellung zur Verfügung, so dass auch ein partieller Bereich der inneren Mantelfläche 67 des Ventilelements 35 mit Dämpfmedium beaufschlagt wird und damit eine Aufweitkraft in Richtung der Strömungsleitfläche 39 verursacht. Der Einstellring 73 kann beispielsweise über ein Gewinde oder eine Pressverbindung in einer definierten Position zum Ventilträger 29 und damit zum Ventilelement 35 gehalten werden.
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In der 4 wird bei dem Ventilträger 29 gemäß der 2 ein Ventilelement 35 eingesetzt, das einen U-förmigen Querschnittsbereich aufweist.
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Ein weiterer Unterschied besteht darin, die beiden Druckräume 55; 63 hydraulisch parallelgeschaltet sind. Dafür ist in dem Verbindungssteg 75 zwischen den beiden parallelen Stegen, an denen auch die Mantelflächen 61; 67 für die beiden Druckräume 55; 63 ausgeführt sind, ein separate Abströmöffnung 77 angeordnet. Dieses Bauprinzip lässt sich auch bei einem Z-förmigen Ventilelement realisieren. In der 4 ist bereits dargestellt, dass die Abströmöffnung 77 mit einer Ringnutseitenwand 79 ein Schieberventil 81 bilden kann. Damit kann über einen weiteren Parameter das Betriebsverhalten des Ventilelements 35 und damit der Dämpfventileinrichtung 1 gesteuert werden. Man kann z. B. vorsehen, dass die Abströmöffnung 77 in der maximalen Durchlassstellung vollständig geschlossen ist und erst nach einer gewisser Aufweitbewegung des Ventilelements 35 ein Abströmquerschnitt zur Verfügung steht. Die andere Extremauslegung besteht darin, dass der maximale Abströmquerschnitt der Abströmöffnung 77 innerhalb des Ventilelements 35 bereits in der Durchlassstellung zur Verfügung steht.
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Die 5 und 6 weisen die Gemeinsamkeit, dass der Ventilträger 29 und ein Flächenbereich 83 des Ventilelements 29 ein Einlassventil 85 in den zweiten Druckraum 63 bilden. In der Ausführung nach 5 ist das Einlassventil als ein Schieberventil ausgeführt ist. Dafür verfügt das Ventilelement 35 über einen zur zweiten Mantelfläche 67 nach radial innen abgewinkelten Stegbereich 87, der auf einer Deckfläche 89 des Ventilträgers 29 aufliegt. Es ist eine Mindest-Aufweitbewegung des Ventilelements notwendig, bis der Stegbereich 87 von der Deckfläche 89 geglitten ist. Erst dann steht der zweite Druckraum 63 für die weitere Aufweitbewegung des Ventilelements 35 zur Verfügung. Tendenziell wird über diese Bauform der Einsatzpunkt der Progression der Dämpfventileinrichtung 1 in Richtung zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Drosselstelle 37 verschoben.
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In der Dämpfventileinrichtung 1 gemäß der 6 ist das Einlassventil 85 für das Einströmen von Dämpfmedium in den zweiten Druckraum 63 als ein Sitzventil ausgeführt. Im Hinblick auf eine einfache Montage verfügt dieser Ventilträger 29 über eine zusätzliche Deckscheibe 91, die zuströmseitig in den ersten und zweiten Druckraum 55; 63 montiert ist. Entsprechend verfügt die zusätzliche Deckscheibe 91 über einen Anschluss 93 zur Zuströmöffnung 57 in den ersten Druckraum 55.
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Ein umlaufender Absatz der zusätzlichen Deckscheibe verfügt über eine Ventilsitzfläche 95 für den abgewinkelten Stegbereich 87, der eine gewisse Eigenelastizität aufweist und mit seinem inneren Randbereich auf der Ventilsitzfläche 95 aufliegt. Für eine Abhubbewegung weist der Ventilträger 29 randseitig im Bereich des Stegbereichs 87 einen umlaufenden Absatz 97 auf, der für die Abhubbewegung des Stegbereichs 87 zur Verfügung steht und einen Anschluss an den zweiten Druckraum 63 bildet. Bei dieser Bauform kann schon eine Druckbeaufschlagung des Stegbereichs 87 ausreichen, um das Einlassventil 85 zu betätigen. Schon vor Einsetzen der Aufweitbewegung des Ventilelements 35 steht der Anschluss 93 als zweiter Druckraum 63 zur Verfügung.
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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
- Druckraum
- 57
- Zuströmöffnung
- 59
- Abströmöffnung
- 61
- erste Mantelfläche des Ventilelements
- 63
- zweiter Druckraum
- 65
- Mantelfläche des Ventilträgers
- 67
- zweite Mantelfläche des Ventilelements
- 69
- Anschlag
- 71
- Drossel
- 73
- Einstellring
- 75
- Verbindungssteg
- 77
- Abströmöffnung des zweiten Druckraums
- 79
- Ringnutenseitenwand
- 81
- Schieberventil
- 83
- Flächenbereich
- 85
- Einlassventil
- 87
- Stegbereich
- 89
- Deckfläche
- 91
- zusätzliche Drehscheibe
- 93
- Anschluss
- 95
- Ventilsitzfläche
- 97
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
- DE 102019212966 A1 [0004]
- DE 102022200977 A1 [0005]
